2018年7月31日，由中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應用聯(lián)盟主辦，深圳物聯(lián)傳媒承辦的“2018深圳國際NB-IoT技術(shù)與應用”高峰論壇在深圳會展中心隆重舉行。來自成都西谷曙光數(shù)字技術(shù)有限公司董事長、首席科學家廖應成先生在會議現(xiàn)場分享了以《挑戰(zhàn)LoRaWAN和NB-IOT》為主題的精彩演講。

成都西谷曙光數(shù)字技術(shù)有限公司董事長兼首席科學家 廖應成

　　LPWAN 優(yōu)勢在遠距離并不在低功耗

　　所謂LPWAN(Low Power Wide Area Network)，即通過降低通信速率(簡化通信協(xié))，低成本實現(xiàn)更大范圍窄帶物聯(lián)網(wǎng)覆蓋。但目前依舊存在一個問題：仍未解決最后一公里“萬物互聯(lián)”!

　　在萬物互聯(lián)的時代，需要連起來的到底是什么呢?

　　來自IEEE的工程師，總結(jié)了萬物相連的一些技術(shù)要求：

　　幾種主要LPWAN技術(shù)簡述

　　LoRaWAN 網(wǎng)絡架構(gòu)

　　LoRaWAN 網(wǎng)絡架構(gòu)采用的是星狀的網(wǎng)絡架構(gòu)，比起一般的網(wǎng)絡架構(gòu)要簡單一些。LoRaWAN主要分為三類：

　　Class A (電池供電)， 終端工作方式類似BLE，發(fā)射后監(jiān)聽，只不過發(fā)射周期非常長，定時抄表或 “報警信號觸發(fā)” 發(fā)射應用)

　　Class C(外供電)終端在發(fā)送完上行的數(shù)據(jù)后，都處于可接收下行數(shù)據(jù)。犧牲了電池的壽命來換取對終端控制的及時性。

　　Class B(大電池，短壽命)終端介于Class A和Class C之間，在Class A的基礎上，根據(jù)需要，增加了接收下行信號的時間窗口 (Ping slot)。

　　NB-IoT總體架構(gòu)

　　NB的優(yōu)勢

　　與LORA和SIGFOX等方案相比，利用NB技術(shù)來構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)，可以利用運營商已有的網(wǎng)絡以及管理平臺，建網(wǎng)速度快，覆蓋廣，終端直接聯(lián)網(wǎng)，接入數(shù)量大;

　　NB-IOT具有PSM低功耗模式：

　　在PSM(Power Save Mode)模式下，NB平均電流僅6.7uA。問題是，在PSM模式下，雖然該設備仍然注冊在網(wǎng)絡中，但是不接受網(wǎng)絡信息，網(wǎng)絡尋呼消息也無法將NB模塊喚醒，PSM模式最長可達310小時，相當于設備進入了長時間的睡眠。

　　NB存在的問題：

　　1、與用戶的期待相比，NB的成本仍然偏高，特別是月費，讓每個信息采集點都安裝一個NB，用戶難以接受;

　　2、NB與LORA 一樣，是通過降低通信速率來增加通信距離，通過減少工作頻次的方法來降低功耗，且只能是單向定時主動發(fā)射的方式(水電氣表抄表)，或傳感器檢測到報警信號時(非常少)，才激活NB終端發(fā)射(Event Driving);在低功耗情況下，不能頻繁發(fā)射(遠距離低速率發(fā)射功耗并不少)

　　3、處于低功耗工作狀態(tài)的LPWAN終端，由于無法對控制端發(fā)射的信號做出及時響應(不具有在低功耗狀態(tài)快速建立雙向通信的能力)，其應用受到很大限制。

　　SIGFOX

　　SIGFOX主要的信念在建構(gòu)一個全球性的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)路，讓使用者的裝置在全球不同的地區(qū)都可以連結(jié)到Sigfox網(wǎng)路中。我們可以想像Sigfox便是一個全球性的電信營運商，使用者只要付出些許的費用，便可以使用Sigfox網(wǎng)路，收集并使用終端裝置的資料。

　　Sigfox的問題：Sigfox在通信方式上的限制

　　數(shù)據(jù)上行(Uplink)：每一次最多只能傳送12 Bytes的數(shù)據(jù)，一天最多傳送140次。

　　數(shù)據(jù)下行(Downlink)：每次最多可傳輸8 Bytes數(shù)據(jù)，每天最高可傳四次。

　　LPWAN低功耗模式下的應用局限(最后一公里范圍內(nèi))

　　LDSW(Low Duty Cycle Smart Wireless)

　　成都西谷公司的工程師們，經(jīng)過14年對包括ZigBee，藍牙和有源RFID等無線通信技術(shù)的實踐研究的基礎上，開發(fā)出了一整套顛覆傳統(tǒng)，以超低占空比為特征的智能無線通信技術(shù)LDSW：

　　LDSW主要技術(shù)突破

　　1. DNA檢測技術(shù)(國際專利)

　　在不到萬分之一秒內(nèi)，對監(jiān)聽信號的有效性完成準確判別;

　　在1秒鐘內(nèi)“喚醒”1500米之外處于“睡眠” (<3uA)的通信對象;同時下達任意長度的完整工作指令(一步到位)，從而實現(xiàn)超低功耗雙向快速通信;

　　2. 快速頻道跳轉(zhuǎn)技術(shù)(國際專利)，

　　將一個低成本半雙功通信終端，變成一個“準雙功”或“準多功”的通信終端。從而可實現(xiàn)對任意數(shù)量海量標簽流ID的低功耗實時采集(是目前世界唯一能低成本解決城市交通數(shù)字化管理難題的技術(shù));

　　3. 動態(tài)授時技術(shù)(國際專利)

　　可對隨機蘇醒的海量智能終端，進行精準同步授時，實現(xiàn)低功耗LDSW終端(包括標簽)間的低功耗精準時隙通信，大大降低了功耗;

　　4. “宏指令”通信技術(shù)(國際專利)

　　利用簡單“宏指令”代碼，代替繁長具體的工作指令傳輸(保密&省電)

　　5. “工作清單”分組比對技術(shù)(專利)

　　從成千上萬的通信對象中，將少部分需要處理的終端一次篩選出來，解決了超市海量電子價格標簽低功耗管理問題;

　　6.超低功耗無線自主網(wǎng)技術(shù)(國際專利)

　　所有LDSW終端(平均待機功耗<3uA)都可以發(fā)起通信和中繼信息。任何報警或傳感器信息，都可以采用逐級低功耗喚醒，逐級中繼傳輸?shù)姆绞剑凇盁o網(wǎng)無電”的情況下，將報警信號遠距離傳輸?shù)焦芾碇行摹?/p>

　　具體應用包括：

　　高壓傳輸線路，地質(zhì)災害，石油管道等的自動實時監(jiān)測;

　　應急救災，公安，戰(zhàn)場等數(shù)字對講集群手機不依賴基站的低功耗保密數(shù)字通信

　　…….

　　1/10000秒監(jiān)聽方式重要意義

　　1)意味著一個原來采用傳統(tǒng)連續(xù)工作方式只能支持1天的電池，現(xiàn)在可以支持27年!由于LDSW智能終端，99%以上的時間都處于周期性低功耗監(jiān)聽信號狀態(tài)，(平均功耗< 3uA)，從根本上解決了LDSW終端電池壽命問題!

　　2)只監(jiān)聽意味著不發(fā)射信號(不浪費頻率資源，不造成干擾)，

　　3)密碼喚醒意味著保密性好!

　　4)在統(tǒng)一信道上監(jiān)聽，意味著所有LDSW終端可互聯(lián)互通;

　　5)在統(tǒng)一信道上采用“DNA”檢測方式監(jiān)聽，意味著系統(tǒng)可根據(jù)需要，通過廣播命令的方式，為不同工作目的的LDSW終端，“臨時”安排更多工作信道，意味著靈活多樣的工作方式，和幾乎無限的終端接入數(shù)量;

　　6)真正需要LDSW終端使用大功率遠距離(>1500米)發(fā)射信號工作機會很少(按需工作)，工作時間也很短(默認通信速率為125 kbps)， 遠距離發(fā)射時的耗電非常有限。因而LDSW可實現(xiàn)超低功耗的遠距離通信, 相比不能采用“按需工作”的其它技術(shù)，需要隨時進行遠距離大功率發(fā)射來具有明顯的優(yōu)勢。

　　LDSW滿足了IEEE工程師對滿足“萬物相連”技術(shù)提出的所有要求，而且距離更遠，功耗更低，工作方式更加靈活多樣!

　　“西谷物聯(lián)1號”LDSW芯片已成功通過測試，將于2018年7月正式量產(chǎn)。

　　LDSW 與其它技術(shù)的最大區(qū)別

　　1.LDSW不需要預先設置固定的通信時間窗口來建立下行通信， 而是可以在任何需要的時候，在1秒鐘的時間內(nèi)，將遠在1500米距離外，處于《睡眠》狀態(tài)(<3uA) 的終端“喚醒”，并立即作出響應;同時利用多頻道快速跳轉(zhuǎn)技術(shù)，立即與呼叫方建立起雙向快速通信。

　　2.這里的“喚醒信號”就是一個任意長度的工作指令信號包， 終端在被“喚醒”的同時，也就收到了具體的工作指令，包括針對不同終端的不同工作頻道，及時間等的安排。這樣所有LDSW終端不僅可以互通，而且還可以根據(jù)需要，使用任意多的通信頻道，接入幾乎無限數(shù)量的無線終端!

　　3. 與其它 “低功耗”主流技術(shù)不同， LDSW終端采用的是周期性監(jiān)聽工作指令信號的“按需工作”方式，按需時的遠距離發(fā)射次數(shù)很少，功耗也小。因而LDSW具有廣闊的應用空間，和千變?nèi)f化的靈活工作模式，來滿足各種物聯(lián)網(wǎng)應用的需要!

　　《NB+LDSW》取長補短合作共贏

　　《NB +LDSW》網(wǎng)關: 通過NB聯(lián)網(wǎng)，通過LDSW聯(lián)萬物;這樣的模式既發(fā)揮了NB廣覆蓋，直接聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，又發(fā)揮了LDSW低成本，超低功耗，雙向快速通信的能力的優(yōu)勢。還可利用運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡及管理平臺，向用戶提供各種基于各行各業(yè)“萬物互聯(lián)”各種物聯(lián)信息服務：

　　提供各種“預防性維護”服務

　　各種機電設備，汽車，人體以及牲畜的健康等，現(xiàn)在都是出了問題再解決的被動方式：我們需要防患于未然，采取預防措施，提供“預防性維護”的服務!

　　這就需要我們利用LDSW 網(wǎng)關，24小時不間斷地通過各種傳感器，采集設備或人的相關工作數(shù)據(jù)或體征信息!并通過對采集到的大數(shù)據(jù)進行分析，建立各種設備事故預報數(shù)學模型和人體疾病發(fā)生的預報數(shù)學模型，提前報警并及時預防!

　　獲得價值巨大的各種物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)

　　1、靜態(tài)大數(shù)據(jù)

　　現(xiàn)有的“大數(shù)據(jù)”，主要是通過人工方式(電腦鍵盤和手機)輸入的靜態(tài)數(shù)據(jù)，“實時性”要求低。主要掌握在政府機關，或網(wǎng)絡運營商手中;

　　2.物聯(lián)網(wǎng)動態(tài)大數(shù)據(jù)：

　　而通過《NB +LDSW》采集的數(shù)據(jù)更多的是實時動態(tài)大數(shù)據(jù)，往往“實時性”要求高，剛需價值大(例如車輛，物資，人員實時位置信息，人們身體狀況和各種幾點設備運營狀況信息)這些數(shù)據(jù)量非常大。

　　《NB +LDSW》是海量物聯(lián)網(wǎng)實時動態(tài)大數(shù)據(jù)的接入口，掌握了物聯(lián)網(wǎng)海量大數(shù)據(jù)，你就掌握了物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的“天下”!

　　值得強調(diào)的是，《NB +LDSW》是中國完全自主的技術(shù)和產(chǎn)品，它使中國在物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)領域走在了世界的最前面，必將得到政府的大力支持!

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