低功耗廣域網技術 (LPWAN) 用于在城市等大面積密集區域中連接低帶寬、低功耗設備。常見應用場景包括街道照明、公用事業計量、工業農業、資產跟蹤、石油天然氣以及環境監測，在所有這些應用中，更長電池壽命、較遠工作范圍以及在擁擠環境中的使用壽命都是要滿足的重要設計要求。
在本文中，我們將介紹 LPWAN 的主要特性、該技術的最佳用例，以及我們客戶采用的一些最常見 LPWAN 解決方案。
LPWAN 是什么？
LPWAN 是一個較新的術語，隨著家庭物聯網的爆炸式增長，該術語在工業領域中的使用在飛速增加。隨著部署率越來越高，需要優先考慮低功耗、覆蓋范圍、低數據速率和安全性。同時，計算、功耗和電池電量方面的創新層出不窮，從而催生了更有效的 LPWAN 技術。
?在出現所有這些發展的同時，市場對用于連接各種設備的蜂窩技術的高性價比、應用特定替代品的需求也在不斷增長。在這種新形勢下，蜂窩技術的電池壽命短、覆蓋范圍不完整，而藍牙和 Zigbee 等新興技術的覆蓋范圍也有限。雖然這些技術都有其獨特的優勢，但是 LPWAN 填補了未得到充分服務的應用的空白，這些應用在設計上較難得到同類技術的支持。
主流 LPWAN 解決方案技術
LPWAN 具有多種形式，因此它能夠服務于多種技術和協議，包括開源和專有解決方案。隨著越來越多的公司轉為使用 LPWAN，人們最耳熟能詳的相關品牌如下。
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Amazon Sidewalk
Amazon Sidewalk 是一種低帶寬、長距離無線網絡，它使用藍牙低功耗 (BLE)、頻移鍵控 (FSK) 和 CSS 技術為家庭內外的物聯網設備打造圍繞消費者的無線網絡。Silicon Labs 可為物聯網設備制造商提供針對 Amazon Sidewalk 的最完整、一站式無線開發解決方案，從而簡化您的開發流程，降低成本，并加快 Amazon Sidewalk 物聯網設備的創收時間。經認證的解決方案包括 Amazon Sidewalk SDK、無線硬件、安全性和開發套件及工具。
Wi-SUN
Wi-SUN 是一種受聯盟支持的全球可用網狀網絡拓撲結構。它完全開放，無需訂購，而開發人員可以訪問專用網絡，獲得強大安全性和廣泛的供應商支持。
Wirepas
Wirepas 是一種用于企業物聯網的非蜂窩 5G 連接技術。Wirepas 的長距離 LPWAN 配置文件 (5G Mesh) 具有 1.9 GHz 專用頻譜。
NB-IoT/LTE-M
NB-IoT 是 LPWAN 的 4G/5G 蜂窩版本。LTE-M 將網絡和許可頻譜擴展到了機器級別。各主要運營商都擁有 LTE 和 NB-IoT 網絡。雖然它們提供了用于跟蹤、移動和定位功能的成熟基礎設施，但相比其他解決方案，消耗的功率更高，而且需要付費訂購。由于監管要求因素，NB-IoT/LTE-M 目前在亞洲更受歡迎。
Mioty
Mioty 的功能與 LoRa 相似，是一種受聯盟支持的解決方案，以在采礦等嚴苛環境中具有高可靠性而著稱，其功能主要用于地下環境。Mioty 提供低功耗和長距離技術，并提升了冗余度以確保數據交付。
Z-Wave 長距離
Z-Wave Long Range (LR) 將 Z-Wave 連接體驗擴展到家庭邊界之外，并加速了 Z-Wave 在商業照明、酒店和多住戶單元 (MDU) 等其他垂直領域的采用。該規范支持最大輸出功率 30dBm，可用于增強傳輸范圍，在未來可支持長達數英里的傳輸距離。
LoRa
LoRa 最初由 Semtech 開發，該公司目前仍擁有自己的調制技術。LoRa 是一種專有的 ISM 頻段 LPWAN 技術，由 LoRa 聯盟提供支持。LoRaWAN 規范規定了認證和合規性要求，以確保互操作性。LoRa 無需訂購，其采用星形拓撲結構，適合長距離傳輸。
選擇 LPWAN 技術時的注意事項
作為一種新興技術，亞 GHz LPWAN 市場受到監管碎片化的影響。每個國家都具有自己的頻段。此外，存在許多 LPWAN 用例，LPWAN 實施方式也多種多樣。僅在智能家居、智慧城市和商業農業領域，每個細分市場就有數百種相關應用。考慮到這兩個因素，目前尚無萬全之策。
根據您的使用情況和所處監管環境，您可以將范圍縮小為 2 或 3 LPWAN 解決方案，然后再研究生態系統、互操作性和供應商支持。
在考慮要采用的 LPWAN 技術解決方案時，最需要考察的因素包括生態系統合作伙伴、應用要求和法規/標準。
回答下列問題將有助于您更有效地評估 LPWAN 解決方案：
- 您希望在什么生態系統中工作？
- 該生態系統是否提供您所需的功能？
- 您所在地區是否有該生態系統？
- 是否有供應商支持該生態系統？
- 是否可以實現互操作性？
- 您的應用場景要求是什么？
- 您希望設備在兩次維修之間的現場正常工作時間是多少？
- 您期望的傳輸距離是多少？傳輸距離更重要還是性能更重要？
- 您對電池壽命的預期是什么？是否可以選擇線路供電方式？
- 您的鏈路相關預算是多少？
- 是否有 RF 靈敏度方面的任何需求或顧慮？
- 您對信道容量的期望是什么？
- 您的帶寬要求是什么？
- 您的應用是否必須基于標準？
面向 LPWAN 的設計
LPWAN 在運行方面既有優勢，也有劣勢，而設計中可能會放大這些優勢和劣勢。例如，由于更常用于野外而非私人住宅或其他更安全的區域中，LPWAN 技術更容易受到實體攻擊。除了網絡安全性，設計人員還需要考慮用以生產防篡改硬件和外殼的方法。在硬件方面，干擾問題是在設計天線時需考慮的主要問題。如果產品設計不符合使用情況，或者安裝人員對最佳實踐的了解較少，則系統就無法達到預期的范圍。在軟件方面，由于 LPWAN 技術依賴于喚醒/睡眠周期，因此設計人員需要一種經過調優的算法，以減少喚醒程序所消耗的能量，并保持較低的系統級功耗。
Silicon Labs 提供各種 LPWAN 解決方案，從用于定制型解決方案的靈活應用程序編程接口 (API)，到合作伙伴協議棧和完整協議棧，無所不包。無論您是精通 RF 和連接技術的人員，還是剛剛涉足的新手，您都將在整個開發過程中獲得強大的支持。
Silicon Labs 的 LPWAN 解決方案
我們提供各種 LPWAN 解決方案，從用于定制型解決方案的靈活應用程序編程接口 (API)，到合作伙伴協議棧和完整協議棧，無所不包。除了支持最主流 LPWAN 技術外，您還將在整個開發流程中獲得強大的支持。
