对于物联网（IOT）互联网实现其全部潜力，许多元素都被编织在一起，形成一个有凝聚力的，可靠的生态系统。低功耗广域网（LPWAN）将形成的这一个关键部分，因为它们被设计为允许在一个低比特率长距离通信而消耗少量的功率。其低功率，低比特率和预期用途区分这种类型从无线WAN网络，其被设计来连接用户或业务，与LPWAN数据速率范围为约0.3 Kbps到每信道50周的Kbps。
LPWAN可用于创建专用无线传感器网络，但也可以是第三方提供的服务或基础设施，允许传感器所有者在现场部署它们，而无需投资网关技术。如前一期《数据周刊》所述(www.ballardstreet.com/14142r)，最著名的LPWAN技术的推出状态有很大的不同。
理想情况下，设计人员最终将有各种LPWAN选项可供选择，这取决于他们的应用程序及其特定需求。在本文中，我们将介绍三种最常用(或至少讨论过)的lpwan的一些技术特性:Sigfox、LoRaWAN和NB-IoT。
Sigfox
诚信，其中包括安全性，隐私性，可靠性和依赖，是物联网的一个关键挑战。首先，这是因为物联网是密切相关的关键业务流程，其次是因为物联网显著扩大了商业智能系统的攻击面。Sigfox解决通过假定的安全是相对的，将适用于面临手头的应用程序威胁的级别的系统进程这一挑战。
Sigfox聚集了一个在安全行业具有丰富经验的团队，处理从设计安全到积极的操作措施的所有相关方面。它通过协议内建的措施(认证、完整性、加密、防重放、抗干扰)解决了动态数据保护问题，通过设备、基站和核心网络中的数据和凭证的加密存储解决了静态数据保护问题。可靠性和可靠性既是Sigfox数据中心的固有特性，也是Sigfox网络架构的固有特性，以防止DDoS或大规模设备克隆等攻击。
在努力支持其生态系统，Sigfox已经与国际公认的安全专家伙伴关系，促进在设备引进的硬件安全和物联网提供安全评估计划。
Sigfox使用192khz的未经许可无线电频谱，使用超窄带(UNB)调制技术在空中交换信息。每条消息都是100hz宽，根据区域的不同，以100或600比特每秒的数据速率传输(图1)。这使得Sigfox基站能够在不受噪声影响的情况下进行长距离通信。一个12字节有效载荷的消息以每秒100 bps的速度在空中传播需要2,08秒。Sigfox基站监控完整的192khz频谱，并寻找UNB信号来解调。
随机访问是实现高质量服务的关键特征，网络和设备之间的传输不同步。该设备以随机频率发出信息，然后在不同频率和不同时间发送两个副本，这种技术称为时间频率分集(图2)。
与蜂窝协议不同的是，合作接收原则是指一个对象不与特定的基站相连。发送的信息被附近的任何基站接收，平均基站数为3个。这被称为“空间多样性”(图3)。空间多样性，再加上重复的时间和频率多样性，是Sigfox网络高质量服务背后的主要因素。
为了解决远程对象的成本和自治约束，Sigfox通信协议被设计用于大小从0到12字节的小消息。一个12字节的有效载荷足以传输传感器数据、警报等事件的状态、GPS坐标甚至应用程序数据。
对于下行链路消息，有效负载的大小静态为8字节。这足以触发操作、管理设备或远程设置应用程序参数。基站的占空比为10%，这保证了每个设备每天有四条下行消息。如果还有额外的资源，设备可以接收更多的资源。
下行消息由该对象发起。在发送的第一帧和接收窗口之间有20秒的延迟，最多持续25秒。下行频率是第一个上行消息的频率加上一个已知的增量。
洛拉旺
LoRaWAN定义了网络的通信协议和系统架构，而LoRa (long- distance)物理层实现了远程通信链路(图4)。协议和网络架构对节点的电池寿命、网络容量、服务质量、网络提供的安全性和各种应用程序。
许多现有部署的网络利用网状网络架构。在网状网络中，各个端节点转发其他节点的信息，以增加网络（图5）的通信范围和小区大小。虽然这增加的范围内，这也增加了复杂性，降低了网络的容量，并减少电池寿命为节点接收并从该对他们来说是可能的不相关的其他节点转发信息。远距离的星型架构，使为维护电池寿命时，可以实现远距离连接的最有意义的。
在LoRaWAN网络中，节点不与特定的网关相关联。取而代之的是，由节点发送的数据通常是通过多个网关接收。每个网关将通过一些回程（无论是蜂窝，以太网，卫星或Wi-Fi）转发从端节点到基于云的网络服务器所接收的分组。
智能和复杂被推到网络服务器，管理网络和将过滤冗余接收到的分组，通过最佳网关执行安全检查，进度确认和执行自适应数据速率分配。如果一个节点是移动的或移动的，也没有从网关需要网关，这是一个关键的特征，以使资产跟踪应用切换 - 一个主要的目标应用程序是垂直的。
LoRaWAN网络中的节点是异步的，当它们有准备发送的数据时(无论是事件驱动的还是计划的)就进行通信。在网状网络或同步网络(如蜂窝网络)中，节点经常必须“唤醒”以与网络同步并检查消息。这种同步会消耗大量的能量，是降低电池寿命的头号动力。
LoRaWAN使用两层安全:一层用于网络，另一层用于应用程序。网络安全保障了网络中节点的真实性，应用层安全保障了网络运营商无法访问最终用户的应用数据。AES加密使用IEEE EUI64标识符的密钥交换。
NB-IoT
窄带物联网(窄带物联网)是第13版及后续版本中由3GPP(第三代合作伙伴项目)指定的蜂窝无线接入技术，以应对快速扩张的低功耗广域连接市场。移动行业正在将窄带物联网作为一种全球覆盖解决方案，使客户(如应用服务提供商)能够在全球部署和运营他们的服务。
根据3GPP规范，有两个主要的网络连接选项，以支持连接：
1.将与PDN（分组数据网络）连接：在UE（用户设备）是必需的，以建立PDN连接为一体的附接过程的一部分。这一直是所有3GPP EPS（演进的分组系统）发行到现在为止的Rel-13的情况。
2.将不PDN连接：这允许的UE支持CIoT（物联网的蜂窝网络）的优化仍然没有PDN连接连接，这可能是案件有用的设备的庞大的数字将保持连接处于非活动状态的时间很长的时期，很少超过它发送数据。当UE附连而不PDN连接，只有SMS服务可用于任何数据传输和应用被约束。
有可用的使用EPS物联网设备的PDN连接不同的数据连接选项：
•通过IP PDN类型使用控制平面CIoT EPS优化的控制平面IP（UDP和TCP）。
•用户平面上的IP（UDP和TCP），包括用户平面优化和用户平面原始，可用于IP PDN类型。
•非IP控制平面，使用控制平面CIoT EPS优化和非IP PDN类型。
•非IP用户计划，包括用户平面优化和用户平面原始，使用用户平面CIoT EPS优化和非IP PDN类型。
该设备(根据PSM, eDRX)将允许数据在两个方向的传输。但是，也可以选择通过接口Tsms或Tsp触发设备来请求设备建立临时连接(不由PSM、eDRX安排)。这些选项各有利弊。LTE上传输信息的传统机制是通过IP over用户平面(最常见的是TCP)和SMS。
处理短数据事务时经由MME通过在NAS（非接入层）封装它控制平面CIoT EPS优化传输用户数据或SMS消息，并减少控制平面消息的总数。
对于偶尔传输少量数据的服务，控制平面的使用将优化功耗，因为所需的信号量和“空中时间”减少了。可以使用非IP、UDP和TCP优化功耗。非IP允许使用针对特定用途优化的协议。UDP是异步的，这减少了连接时间，而TCP将保持连接打开，直到收到确认。但是，支持源自网络的UDP连接可能需要使用虚拟专用网络（VPN）或IPv6，因为需要从服务器网络专门寻址设备。
3GPP定义了一组可使用NB-IoT的频带，如表1所示。移动物联网倡议成员收到的输入表明使用了多种波段。表2概述了不同地区支持的频段。该输入表明，只有3GPP支持的频段的一个子集可能会被使用。
总结
在南非市场等待网络运新利18官网app营商将其行动与LPWA网络的广泛部署结合起来的同时，展望未来的物联网设计师需要了解可用的技术及其功能和好处。上述三个方面绝不是一个全面的列表，更多的肯定会进入m市场随着时间的推移而变化，但他们提供了一个技术总结，涵盖了广泛的应用程序和体系结构。
希望不久的将来，足够广泛的网络将上线，这将成为一个简单的案例，选择一个适合你的应用程序和你的口袋，恰到好处。
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