除了LoRa之外，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域黑馬已悄然問世

 隨著各類廠商不斷發(fā)力低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(LPWA)，物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)的話題引起業(yè)內(nèi)的熱議。此前，介紹SigFox、LoRa、NB-IoT等市場(chǎng)上已開始商業(yè)化技術(shù)的文章不少，各類LPWA技術(shù)在理論上都有近乎完美的設(shè)計(jì)，不過，作為一位長期奮戰(zhàn)在一線的技術(shù)人員，筆者對(duì)各種技術(shù)落地中的體驗(yàn)和無奈深有感觸。當(dāng)然，筆者堅(jiān)信技術(shù)本身并無優(yōu)劣之分，關(guān)鍵還是在于能否有效解決用戶的問題，而有效解決問題的背后是對(duì)這一技術(shù)各個(gè)細(xì)節(jié)的不斷提升。LPWA產(chǎn)業(yè)未來趨勢(shì)和市場(chǎng)規(guī)模已有共識(shí)，但商用落地速度仍然有些滯后，在筆者看來，規(guī)?；逃弥腥匀淮嬖谝恍┍趬荆ㄉ逃媚Ｊ?、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)等多個(gè)方面，筆者以非授權(quán)頻譜的LPWA技術(shù)為例，解讀一下其落地中所碰到的困惑。

理想的完美與現(xiàn)實(shí)的無奈：現(xiàn)有LPWA技術(shù)落地中的挑戰(zhàn)

首先，從產(chǎn)業(yè)生態(tài)來看，開放生態(tài)對(duì)產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要，但“開放”也有尺度，這個(gè)尺度往往成為產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)門檻。產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的充分競(jìng)爭(zhēng)無疑給下游應(yīng)用帶來收益，但一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)往往設(shè)置壁壘，在現(xiàn)有LPWA產(chǎn)業(yè)中表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：

(1)芯片的壟斷供應(yīng)。由于核心技術(shù)的專有權(quán)，芯片往往成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的壁壘，上游廠商競(jìng)爭(zhēng)不足導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，這在以往科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展史中的例子不少。LoRa技術(shù)的商用化中，相應(yīng)的芯片基本上只能由Semtech提供，這一模式受到不少質(zhì)疑，雖然Semtech開始和少數(shù)芯片設(shè)計(jì)廠商合作推出LoRa芯片，但其推進(jìn)速度并不快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境構(gòu)建不充分。

(2)不同標(biāo)準(zhǔn)終端互聯(lián)互通不足。當(dāng)前，各類LPWA技術(shù)在一些范圍內(nèi)開始商用，一些行業(yè)中可能部署了多個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的終端，不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)終端之間就像煙囪一樣，相互間無法直接連接;當(dāng)用戶基于業(yè)務(wù)需求要增加智能終端接入時(shí)，若與此前終端采用不同制式時(shí)，現(xiàn)有終端也無法復(fù)用。例如，LoRa網(wǎng)關(guān)僅能接入符合LoRaWan協(xié)議的終端，無法復(fù)用Zigbee等其他制式終端。

其次，落地實(shí)施過程中會(huì)碰到大量與理論偏差的問題，補(bǔ)救措施并不能治本。實(shí)踐中的環(huán)境千差萬別，在大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中往往會(huì)碰到大傷腦筋的局面，讓部署成本大大增加，列舉幾個(gè)如下：

(1)站址部署的困惑。一方面，在企業(yè)級(jí)LPWA項(xiàng)目中，很多需要安裝AP的位置往往受條件限制，可能沒有電源或不允許安裝基站;另一方面，在網(wǎng)絡(luò)邊界區(qū)域，只有少量終端，但是為了全部覆蓋還需多加1個(gè)AP。這些都導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)建設(shè)施工困難并增加成本。

(2)流量并發(fā)沖突?，F(xiàn)有LPWA網(wǎng)絡(luò)(LoRa、Sigfox)均采用星形組網(wǎng)，一個(gè)AP直接接入大量終端，當(dāng)終端數(shù)量到一定量級(jí)后，上行流量并發(fā)沖突就顯現(xiàn)出來。

(3)下行鏈路功耗問題。下行鏈路低功耗是大部分LPWAN技術(shù)的難點(diǎn)，以LoRa為例，其Class A 模式不支持下行，而其Class B、C模式開啟下行后，終端功耗將會(huì)顯著提高。

此外，由于無線電頻譜資源的緊張，LPWAN技術(shù)應(yīng)該向頻譜利用率更高的技術(shù)演進(jìn)，LoRa等基于擴(kuò)頻技術(shù)的頻譜利用率低于超窄帶，若能將兩者優(yōu)勢(shì)結(jié)合，則可節(jié)省更多頻譜資源。

破解落地困境，LPWAN領(lǐng)域一匹黑馬問世

上述的分析是筆者在實(shí)踐中的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，相信相應(yīng)方案廠商也面臨相同困境，并在每一細(xì)節(jié)上進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。不過，在LPWA商用元年的時(shí)間窗口，市場(chǎng)格局還未定，基于用戶需求導(dǎo)向，能夠在多個(gè)壁壘上做出突破的技術(shù)可能后來居上。

當(dāng)各類公開資料中充斥著NB-IoT、LoRa、Sigfox等技術(shù)的市場(chǎng)前景和優(yōu)勢(shì)時(shí)，我們很難聽到一線人員對(duì)于落地過程中遇到困境的聲音以及如何破解。我們不妨看看LPWA領(lǐng)域的一個(gè)后起之秀ZETA是如何做的。

1、從產(chǎn)業(yè)生態(tài)方面來看，通用芯片和融合接入的思路和技術(shù)將是快速做大LPWA產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。當(dāng)大量廠商可以競(jìng)爭(zhēng)性提供芯片時(shí)，將加速產(chǎn)業(yè)鏈的繁榮;當(dāng)不同制式終端都可以無縫接入時(shí)，大幅降低用戶實(shí)施成本。

ZETA是縱行科技自主研發(fā)的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以采用通用芯片，打破上游芯片領(lǐng)域的壟斷;對(duì)于終端之間的互聯(lián)互通，ZETA采用UnifiedAccess架構(gòu)，具有非常好的開放性和兼容性，除了支持ZETA終端，還可以接入LoRa/ZigBee等其他制式的終端，用戶只需部署其AP就可將其他存量LPWAN終端無縫覆蓋，提高網(wǎng)絡(luò)復(fù)用率。

2、從實(shí)施過程中的難度來看，站址、并發(fā)流量、下行功耗等問題均需對(duì)技術(shù)進(jìn)行深入的改進(jìn)，很多時(shí)候可能需要放棄固有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)思維。ZETA在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，引入了一個(gè)中繼的設(shè)計(jì)，即其低功耗Mesh節(jié)點(diǎn)——Mote，從而解決了部署中的相關(guān)問題，具體來說包括：

(1)靈活中繼破解站址部署困境。ZETA Mote中繼采用電池供電，容易部署，一方面，與基站配合基礎(chǔ)上，ZETA Mote中繼可通過低功耗多跳自組網(wǎng)，通過一跳或多跳的Mote轉(zhuǎn)接，可將基站網(wǎng)絡(luò)覆蓋延伸到其(或LPWA鏈路預(yù)算)不能到達(dá)的角落，當(dāng)某個(gè)連接中斷時(shí)，多個(gè)Mote間能夠自行重組網(wǎng)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?另一方面，Mote也是一個(gè)多功能設(shè)備，不僅具備子基站/熱點(diǎn)功能外，本身也具備通訊模塊功能，讓終端通過Mote可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，這一功能在大量場(chǎng)景中能夠降低部署成本。例如通過在每個(gè)路燈上安裝Mote模塊, 不僅使路燈本身可以聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)把路燈變成了一個(gè)ZETA熱點(diǎn)，可以覆蓋周圍1-2公里(市區(qū))形成一張路燈物聯(lián)網(wǎng)。

(2)智能分流破解并發(fā)流量困境。正如前文所述，Mote中繼能夠擴(kuò)展基站覆蓋區(qū)域，當(dāng)然在基站分流中也發(fā)揮了巨大作用，通過把一個(gè)蜂窩內(nèi)的流量分流到不同的Mote接入，解決AP側(cè)的流量并發(fā)沖突問題，使得LPWA網(wǎng)絡(luò)具有更好的可擴(kuò)展性。

(3)面對(duì)下行鏈路功耗難點(diǎn)，通過Virtual OFDMA機(jī)制，ZETA可使終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都處于深度休眠狀態(tài)，直至需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)刻才被喚醒，從而支持上下行都工作在低功耗模式。在實(shí)際測(cè)試中，此類機(jī)制比LoRa終端節(jié)省20%以上的功耗。

另外，由于采用窄帶/超窄帶技術(shù)，相比于LoRa等基于擴(kuò)頻的技術(shù)，ZETA在頻譜利用率上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，如典型的LoRA信道需占用125KHz的無線頻譜，即使運(yùn)行在窄帶模式下，這個(gè)帶寬也可以裝進(jìn)去15個(gè)ZETA信道。

值得一提的是，ZETA作為國內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，符合了信息安全和國家戰(zhàn)略的發(fā)展趨勢(shì)。因而，雖然是后起之秀，這一技術(shù)已悄然地應(yīng)用于平安社區(qū)、市政管理、路燈控制、遠(yuǎn)程抄表、冷鏈運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中。

低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及過程中，大量用戶需要的是最快最低成本地部署一張無線網(wǎng)絡(luò)。筆者再次強(qiáng)調(diào)，技術(shù)并無優(yōu)劣之分，關(guān)鍵在于能否快速有效解決用戶問題，在LPWA領(lǐng)域，或許是能夠打破商用過程中各種壁壘的黑馬將脫穎而出。