什么是 LPWAN ?
物联网(IoT )是指全球有数十亿设备连接到互联网的网络。 一般的物联网装置有可穿戴装置和智能家居装置等。 这种APP应用基本上以牺牲部分隐私为代价，获得了一些便利。 在产业领域，物联网的优势非常明显，它不仅能提高生产力、降低成本、降低能耗，还能让机器读取大量数据，并在此基础上执行移动工作。 通过分析所有物联网设备生成的数据，可以提高工作效率，并为客户提供更好的服务。 因为可以更深入地了解客户，所以可以提供新类型的服务，扩大服务范围。
然而，今天许多无线技术仍然无法满足物联网的要求，尤其是在覆盖范围和电池寿命方面。
为了满足物联网要求，必须对数据速率、功耗和覆盖范围进行取舍。 要实现低功耗，必须牺牲数据速率。
ZigBee、BT LE、NFC能够以中等数据速率和低功耗提供短距离的覆盖范围。
LPWAN是一种同时满足覆盖范围和电池寿命需求的技术。 以极小的功耗提供最长距离的覆盖范围，数据速率略有下降。
许多城市和智能公用事业APP应用，如智能路灯、湿度传感器、智能电表、智能停车等，对数据速率要求不高，但需要非常大的覆盖范围。 这就是LPWAN有用的地方。
LPWAN 技术：案例研究
考虑一下在无线智能电表APP应用中如何使用LPWAN来提高工作效率。
一家公用事业企业负责为小城镇的所有家庭供水。 该公司不得不派人挨家挨户地抄写水表，整个过程都是人工进行的，往返于道路上花了很多时间。 如果每个家庭都有水表，可以无线跟踪水的状况，并将数据发送到云，不仅可以节省大量的工时，还可以有效地降低成本，将精力集中在其他领域。 此外，该公用事业公司还可以更充分地掌握顾客的用水模式，根据相关数据优化供水能力，确保高峰时段家家户户都能获得充足的供水。
为了无线跟踪水的状态，该公司需要在水表上安装小硬件装置，即物联网客户端或代理装置。 该硬件读取水表数据，并将读数定期发送到云。 在这种情况下，数据速率和延迟并不重要，最重要的因素是覆盖范围和电池寿命。 由于部分水表位于较远、地下室或难以到达的地方，无线技术需要支持广泛的覆盖区域，并提供较深的室内覆盖度。 水表电池预计可连续使用10年以上。
此时，这些服务提供商面临的挑战包括：
将所有远程安装的水表通过无线技术连接到云中
使这些水表电池的寿命达到10年以上
为了克服这些课题，该公司可以采用LPWAN技术。 这些技术大致分为许可技术和非许可技术，各种技术都有优缺点。
LPWAN 技术比较
蜂巢式网络成本高、功耗大，需要昂贵的硬件和服务，因此许多网络提供商使用非法频谱(如LoRa、SIGFOX、Telensa )来开发无线网络这些供应商主要针对重要的基础设施和农业等应用，开发自己的低成本基站。 他们从小覆盖范围入手，将基础设施覆盖范围扩展到全国或全区，最后通过蜂巢式回程链路连接到云。
另一方面，需要许可证的LPWAN技术(如3GPP NB-IoT和LTE Cat-M1)支持现有蜂巢基础设施的软件更新，如现有LTE和GSM基站的升级。 重用现有的3G或4G频谱可以快速实现国内和国际覆盖和部署。 这些技术支持需要广泛依赖的APP应用，例如车辆跟踪、宠物跟踪和物流。 为了适应技术的发展，他们不断制定更有力的标准，将服务扩展到移动通信、漫游、轻薄猎豹、认证等其他领域。
许可和未许可的LPWAN技术有共同点。 链路预算高，电池寿命长。 两者的主要区别在于，围绕这些技术的生态系统不同。
SIG福克斯是由多家芯片制造商组成的生态系统，其产品使用子GHz频谱带宽，由SIG福克斯公司管理协议和认证。 该公司提供非常小的数据包(12字节)和非常低的设备成本，是最早的LPWAN制造商之一。
LoRa是专用技术，其芯片由Semtech提供。 LoRaWAN是由LoRa联盟开发并基于认证的LoRa技术建立的协议。 LoRaWAN主要是媒体访问控制(MAC )层协议，它为APP提供了非常大的灵活性，但也给开发完整解决方案的工程师带来了巨大的挑战。
窄带物联网(NB-IoT )、LTE Cat-M1、EC-GPRS均为蜂窝物联网标准，采用多厂商芯片或设备的多供应商生态系统。 像其他蜂巢式格式一样，该认证由GCF/PTCRB来管理。 只要升级现有蜂巢式基础设施所使用的软件，就可以支持这些新技术。 它们虽然比未经批准的技术晚了几年出现，但发布后被国内和国际企业广泛采用，以支持车辆跟踪、物流、资产跟踪等广泛的APP应用。
LTE Cat-M1是基于3GPP公布的LTE技术被修订的现有技术的简化版本。 使用更简单、更便宜的芯片组，比其他LP更好
WAN 技术更快的数据速率。LTE Cat-M1 还可借助对现有 LTE 基础设施进行软件更新来获得支持。Cat-M1 最初部署于美国。NB-IoT 是 3GPP 发布的一项全新技术，可借助对 LTE 或现有 RAN 基础设施进行软件更新来获得支持。相较于其他技术，其优点是装置成本相对较低、链路预算良好。NB-IoT 最初主要部署于亚洲或欧洲。
EC-GPRS 是 GPRS 的改良版本，可借助对现有 GSM 基础设施进行软件更新来获得支持。透过信号中继或重新传输，它可实现比 GPRS 更好的链路预算。
其他 LPWAN 格式还包括 Telensa、Ingenu 和 Weightless。Telensa 是单一厂商装置，其中使用了多家厂商的芯片，并且在次 GHz 的频段内运作。这家垂直整合制造商主要致力于智慧路灯照明业务，并开始进入停车传感器领域。Telensa 已被广泛部署于英国、美国和亚洲的路灯照明应用上。Ingenu 以其专有的 RPMA 技术为基础，并在非授权的 2.4 GHz 频段运作。Weightless 拥有三种不同的无线设计，并由Weightless Special Interest Group(SIG)进行管理。
LPWAN 的要求和挑战
LPWAN 技术形形色色，各不相同，但是为了满足物联网应用的要求，它们都有一些共同的特性。
可靠性：提供 10 年或更长的运作时间，无需人力介入，可在物联网服务中断后自行恢复运作
高密度：支持大量连接装置
低成本：模块单价不到 5 美元
出色的电池续航力：寿命长达 10 年以上，通常一天可发送几则讯息，每则包含数十个字节，以便延长电池续航力
最大覆盖范围：可覆盖难以到达或地处偏远的区域
对于物联网装置供货商来说，要想满足这些要求是一大挑战。
可靠性：为确保可靠性，装置厂商必须在实验室或生产在线重建不同的实际运作情境，并以高度的可重复性进行测试。他们还需测试一些不利的情境，例如物联网服务器停机并出现连接故障，确保装置能够自行恢复运作，并且不会消耗过多电量。
最大的覆盖范围：为确保最大覆盖范围，制造商需模拟不同的射频环境，包括遥远位置、地下室、隐蔽场所、混凝土建筑物及工业环境等，这些环境中的射频条件差异很大。装置制造商需执行发射器和接收器特性分析，以了解物联网装置在这些不同射频条件下的效能。
更长的电池续航力：为了延长电池续航力，制造商需分析物联网装置在运作、闲置、待机和休眠模式下的电流消耗情况。装置制造商还需重新建立各种运作条件，例如远程软件更新、极限覆盖条件下的重复传输，以及装置无法连接到服务器等条件，以充分掌握每一种情境中，分别需要消耗多大电流。
低组件成本：为了有效降低组件成本，很多制造商使用低成本组件并简化硬件设计。这些组件的效能必须经过精密的特性分析，以确保其可靠性不受影响。审慎挑选正确的测试装置，能有助于降低组件成本。一套完整的解决方案可涵盖从设计、制造到相符性测试的整个产品开发周期，以协助客户大幅降低测试装置的资本支出。
支持广泛的格式：很多制造商的产品采用不同的 LPWAN 技术，以满足不同应用和国家的要求。因此，他们需要支持最多 LPWAN 技术的测试解决方案。
验收或认证测试：使用蜂巢式技术的组件，例如 NB-IoT 模块和 Cat-M1 模块，必须通过GCF 和 PTCRB 等认证和管理测试。您必须对这些组件执行多种使用案例测试，确保其符合相关标准。