2018年7月31日，由中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用聯(lián)盟主辦，深圳物聯(lián)傳媒承辦的“2018深圳國(guó)際NB-IoT技術(shù)與應(yīng)用”高峰論壇在深圳會(huì)展中心隆重舉行。來(lái)自成都西谷曙光數(shù)字技術(shù)有限公司董事長(zhǎng)、首席科學(xué)家廖應(yīng)成先生在會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)兼首席科學(xué)家 廖應(yīng)成

　　LPWAN 優(yōu)勢(shì)在遠(yuǎn)距離并不在低功耗

　　所謂LPWAN(Low Power Wide Area Network)，即通過(guò)降低通信速率(簡(jiǎn)化通信協(xié))，低成本實(shí)現(xiàn)更大范圍窄帶物聯(lián)網(wǎng)覆蓋。但目前依舊存在一個(gè)問(wèn)題：仍未解決最后一公里“萬(wàn)物互聯(lián)”!

　　在萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，需要連起來(lái)的到底是什么呢?

　　來(lái)自IEEE的工程師，總結(jié)了萬(wàn)物相連的一些技術(shù)要求：

　　幾種主要LPWAN技術(shù)簡(jiǎn)述

　　LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

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

　　Class A (電池供電)， 終端工作方式類(lèi)似BLE，發(fā)射后監(jiān)聽(tīng)，只不過(guò)發(fā)射周期非常長(zhǎng)，定時(shí)抄表或 “報(bào)警信號(hào)觸發(fā)” 發(fā)射應(yīng)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(lái)?yè)Q取對(duì)終端控制的及時(shí)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(chǔ)上，根據(jù)需要，增加了接收下行信號(hào)的時(shí)間窗口 (Ping slot)。

　　NB-IoT總體架構(gòu)

　　NB的優(yōu)勢(shì)

　　與LORA和SIGFOX等方案相比，利用NB技術(shù)來(lái)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)，可以利用運(yùn)營(yíng)商已有的網(wǎng)絡(luò)以及管理平臺(tái)，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(wèn)題是，在PSM模式下，雖然該設(shè)備仍然注冊(cè)在網(wǎng)絡(luò)中，但是不接受網(wǎng)絡(luò)信息，網(wǎng)絡(luò)尋呼消息也無(wú)法將NB模塊喚醒，PSM模式最長(zhǎng)可達(dá)310小時(shí)，相當(dāng)于設(shè)備進(jìn)入了長(zhǎng)時(shí)間的睡眠。

　　NB存在的問(wèn)題：

　　1、與用戶(hù)的期待相比，NB的成本仍然偏高，特別是月費(fèi)，讓每個(gè)信息采集點(diǎn)都安裝一個(gè)NB，用戶(hù)難以接受;

　　2、NB與LORA 一樣，是通過(guò)降低通信速率來(lái)增加通信距離，通過(guò)減少工作頻次的方法來(lái)降低功耗，且只能是單向定時(shí)主動(dòng)發(fā)射的方式(水電氣表抄表)，或傳感器檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)時(shí)(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(yuǎn)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(wú)法對(duì)控制端發(fā)射的信號(hào)做出及時(shí)響應(yīng)(不具有在低功耗狀態(tài)快速建立雙向通信的能力)，其應(yīng)用受到很大限制。

　　SIGFOX

　　SIGFOX主要的信念在建構(gòu)一個(gè)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(gè)全球性的電信營(yíng)運(yùn)商，使用者只要付出些許的費(fèi)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(wèn)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(yīng)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(guò)14年對(duì)包括ZigBee，藍(lán)牙和有源RFID等無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的實(shí)踐研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)LDSW：

　　LDSW主要技術(shù)突破

　　1. DNA檢測(cè)技術(shù)(國(guó)際專(zhuān)利)

　　在不到萬(wàn)分之一秒內(nèi)，對(duì)監(jiān)聽(tīng)信號(hào)的有效性完成準(zhǔn)確判別;

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

　　2. 快速頻道跳轉(zhuǎn)技術(shù)(國(guó)際專(zhuān)利)，

　　將一個(gè)低成本半雙功通信終端，變成一個(gè)“準(zhǔn)雙功”或“準(zhǔn)多功”的通信終端。從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意數(shù)量海量標(biāo)簽流ID的低功耗實(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)授時(shí)技術(shù)(國(guó)際專(zhuān)利)

　　可對(duì)隨機(jī)蘇醒的海量智能終端，進(jìn)行精準(zhǔn)同步授時(shí)，實(shí)現(xiàn)低功耗LDSW終端(包括標(biāo)簽)間的低功耗精準(zhǔn)時(shí)隙通信，大大降低了功耗;

　　4. “宏指令”通信技術(shù)(國(guó)際專(zhuān)利)

　　利用簡(jiǎn)單“宏指令”代碼，代替繁長(zhǎng)具體的工作指令傳輸(保密&省電)

　　5. “工作清單”分組比對(duì)技術(shù)(專(zhuān)利)

　　從成千上萬(wàn)的通信對(duì)象中，將少部分需要處理的終端一次篩選出來(lái)，解決了超市海量電子價(jià)格標(biāo)簽低功耗管理問(wèn)題;

　　6.超低功耗無(wú)線(xiàn)自主網(wǎng)技術(shù)(國(guó)際專(zhuān)利)

　　所有LDSW終端(平均待機(jī)功耗<3uA)都可以發(fā)起通信和中繼信息。任何報(bào)警或傳感器信息，都可以采用逐級(jí)低功耗喚醒，逐級(jí)中繼傳輸?shù)姆绞?，在“無(wú)網(wǎng)無(wú)電”的情況下，將報(bào)警信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)焦芾碇行摹?/p>

　　具體應(yīng)用包括：

　　高壓傳輸線(xiàn)路，地質(zhì)災(zāi)害，石油管道等的自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);

　　應(yīng)急救災(zāi)，公安，戰(zhàn)場(chǎng)等數(shù)字對(duì)講集群手機(jī)不依賴(lài)基站的低功耗保密數(shù)字通信

　　…….

　　1/10000秒監(jiān)聽(tīng)方式重要意義

　　1)意味著一個(gè)原來(lái)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(shí)間都處于周期性低功耗監(jiān)聽(tīng)信號(hào)狀態(tài)，(平均功耗< 3uA)，從根本上解決了LDSW終端電池壽命問(wèn)題!

　　2)只監(jiān)聽(tīng)意味著不發(fā)射信號(hào)(不浪費(fèi)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(tīng)，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(cè)方式監(jiān)聽(tīng)，意味著系統(tǒng)可根據(jù)需要，通過(guò)廣播命令的方式，為不同工作目的的LDSW終端，“臨時(shí)”安排更多工作信道，意味著靈活多樣的工作方式，和幾乎無(wú)限的終端接入數(shù)量;

　　6)真正需要LDSW終端使用大功率遠(yuǎn)距離(>1500米)發(fā)射信號(hào)工作機(jī)會(huì)很少(按需工作)，工作時(shí)間也很短(默認(rèn)通信速率為125 kbps)， 遠(yuǎn)距離發(fā)射時(shí)的耗電非常有限。因而LDSW可實(shí)現(xiàn)超低功耗的遠(yuǎn)距離通信, 相比不能采用“按需工作”的其它技術(shù)，需要隨時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)距離大功率發(fā)射來(lái)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　LDSW滿(mǎn)足了IEEE工程師對(duì)滿(mǎn)足“萬(wàn)物相連”技術(shù)提出的所有要求，而且距離更遠(yuǎn)，功耗更低，工作方式更加靈活多樣!

　　“西谷物聯(lián)1號(hào)”LDSW芯片已成功通過(guò)測(cè)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(yù)先設(shè)置固定的通信時(shí)間窗口來(lái)建立下行通信， 而是可以在任何需要的時(shí)候，在1秒鐘的時(shí)間內(nèi)，將遠(yuǎn)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(yīng);同時(shí)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(hào)”就是一個(gè)任意長(zhǎng)度的工作指令信號(hào)包， 終端在被“喚醒”的同時(shí)，也就收到了具體的工作指令，包括針對(duì)不同終端的不同工作頻道，及時(shí)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(wú)限數(shù)量的無(wú)線(xiàn)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(tīng)工作指令信號(hào)的“按需工作”方式，按需時(shí)的遠(yuǎn)距離發(fā)射次數(shù)很少，功耗也小。因而LDSW具有廣闊的應(yīng)用空間，和千變?nèi)f化的靈活工作模式，來(lái)滿(mǎn)足各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需要!

　　《NB+LDSW》取長(zhǎng)補(bǔ)短合作共贏

　　《NB +LDSW》網(wǎng)關(guān): 通過(guò)NB聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)LDSW聯(lián)萬(wàn)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(shì)，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(shì)。還可利用運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)及管理平臺(tái)，向用戶(hù)提供各種基于各行各業(yè)“萬(wàn)物互聯(lián)”各種物聯(lián)信息服務(wù)：

　　提供各種“預(yù)防性維護(hù)”服務(wù)

　　各種機(jī)電設(shè)備，汽車(chē)，人體以及牲畜的健康等，現(xiàn)在都是出了問(wèn)題再解決的被動(dòng)方式：我們需要防患于未然，采取預(yù)防措施，提供“預(yù)防性維護(hù)”的服務(wù)!

　　這就需要我們利用LDSW 網(wǎng)關(guān)，24小時(shí)不間斷地通過(guò)各種傳感器，采集設(shè)備或人的相關(guān)工作數(shù)據(jù)或體征信息!并通過(guò)對(duì)采集到的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立各種設(shè)備事故預(yù)報(bào)數(shù)學(xué)模型和人體疾病發(fā)生的預(yù)報(bào)數(shù)學(xué)模型，提前報(bào)警并及時(shí)預(yù)防!

　　獲得價(jià)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(guò)人工方式(電腦鍵盤(pán)和手機(jī))輸入的靜態(tài)數(shù)據(jù)，“實(shí)時(shí)性”要求低。主要掌握在政府機(jī)關(guān)，或網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商手中;

　　2.物聯(lián)網(wǎng)動(dòng)態(tài)大數(shù)據(jù)：

　　而通過(guò)《NB +LDSW》采集的數(shù)據(jù)更多的是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)大數(shù)據(jù)，往往“實(shí)時(shí)性”要求高，剛需價(jià)值大(例如車(chē)輛，物資，人員實(shí)時(shí)位置信息，人們身體狀況和各種幾點(diǎn)設(shè)備運(yùn)營(yíng)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(shí)時(shí)動(dòng)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(qiáng)調(diào)的是，《NB +LDSW》是中國(guó)完全自主的技術(shù)和產(chǎn)品，它使中國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)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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