低功耗廣域網（Low Power Wide Area Network，LPWAN）是面向物聯網中遠距離和低功耗的通信需求，近年出現的一種物聯網無線連結技術，具有覆蓋范圍廣、服務成本低、能耗低的特點，能夠滿足物聯網社會環境下廣域范圍內數據交換頻率低、連接成本低、漫游網點切換方便、適用復雜環境的連接需求，是理想的物聯方式。

低功耗廣域網技術主要可分為兩類：一類是基于現有開放標準的技術，如窄帶物聯網（NB-IoT）、Halow等。此類技術雖基于全球標準，但落地需要經過多方博弈，因此產業化進程較慢。另一類是企業專門開發的技術，如Sigfox、LoRa和RPMA等。這類技術已進入規模部署階段，但也面臨選型的激烈競爭。下文將對上述五個主要的低功耗廣域網技術的發展歷程、特點、應用前景（產業化現狀）作簡要介紹。

1．窄帶物聯網（NB-IoT）

NB-IoT基于蜂窩網絡，只消耗大約180KHz的帶寬，可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，以降低部署成本、實現平滑升級。

發展歷程

2013年初，華為與相關業內廠商、運營商展開窄帶蜂窩物聯網發展，并起名為LTE-M（LTE for Machine to Machine）。2014年5月，由沃達豐、中國移動、Orange、意大利電信，華為，諾基亞等公司支持的物聯網超低功耗蜂窩系統項目在3GPP GERAN工作組立項，LTE-M的名字演變為Cellular IoT，簡稱CIoT。2015年5月，華為和高通共同宣布了NB-CIoT（Narrow Band Cellular IoT）方案。2015年8月，愛立信聯合幾家公司提出了NB-LTE（Narrow Band LTE）的概念。2015年9月，NB-CIoT和NB-LTE兩個技術方案進行融合形成了NB-IoT。

技術特點

強鏈接：在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現有無線技術提供50-100倍的接入數。一個扇區能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優化的網絡架構。

高覆蓋：NB-IoT室內覆蓋能力強，比LTE提升20dB增益，相當于提升了100倍覆蓋區域能力。不僅可以滿足農村這樣的廣覆蓋需求，對于廠區、地下車庫、井蓋這類對深度覆蓋有要求的應用同樣適用。

低功耗：NB-IoT聚焦小數據量、小速率應用，因此設備設備續航時間可以從過去的幾個月大幅提升到幾年。

低成本：NB-IoT無需重新建網，射頻和天線基本上都是復用的。

應用前景

NB-IoT促進了物聯網的產業生態，帶來巨大的商業機會。相比面向娛樂和性能的物聯網應用，NB-IoT面向低端物聯網終端，更適合廣泛部署，可應用于以智能抄表、智能停車、智能追蹤為代表的智能家居、智能城市、智能生產等領域。

2016年6月16日，NB-IoT技術協議獲得了3GPP 無線接入網（RAN）技術規范組會議通過。在9月完成性能標準制定和12月完成一致性測試后，NB-IoT即可進入商用階段。

2．HaLow

2016年1月，Wi-Fi聯盟（Wi-Fi Alliance）發布滿足IEEE 802.11ah新標準，并將其命名為“HaLow”（低功耗長距離網絡），以服務更多的產品。

發展歷程

802.11協議組是國際電工電子工程學會（IEEE）為無線局域網絡制定的標準。其中，802.11b/g/n運作頻段為2.4GHz，單一天線收發頻寬40MHz速度最高為802.11n的150Mbps；802.11a/n/ac運作頻段則為5GHz，802.11ac單一天線收發80MHz頻寬最高為433Mbps；802.11ad使用60GHz 頻段傳輸，最高速率約可達6756Mbps左右，但傳輸距離并不長，加入波束成形技術也僅有10米左右而已；802.11則是專注于傳輸距離、低功耗市場的標準。

技術特點

HaLow將采用現有的無線網絡協議，在1MHz下的低頻段運行，從現有的2.4Hz寬帶變相擴展到900MHz頻段中，從而實現更大范圍、更低能耗的連接。HaLow的傳輸距離可達到如今Wi-Fi的兩倍，約1km，而且不僅僅是信號傳輸距離變遠，Halow在一些對穿墻性能有著較高要求的特定環境下能夠有效連接，傳輸效能保持在100Kbps以上。

應用前景

這個新標準很大程度上對IoT物聯網以及連接家用設備相當關鍵的，如裝載于門內的傳感器、燈泡、攝像頭需要足夠的能量在可能較遠的距離傳送數據至控制中心（或路由器），現有的Wi-Fi標準就會比較局限，尤其是在電池續航和遠距離傳輸的問題上。

Wi-Fi聯盟表示，HaLow標準將“廣泛采用現有Wi-Fi協議”，如IP連接，而且類似路由器一類新設備也將同時包含2.4GHz和5GHz頻段支持。Wi-Fi聯盟說，新標準“將促進智能家居、汽車、零售業、農業、智能城市環境等各種注重能效的應用場景”。

3．Sigfox

Sigfox協議由成立于2009年的Sigfox公司擁有，其創始人是法國企業家Ludovic Le Moan。Sigfox公司專注于M2M/IoT通信，定位提供低速率、低功耗、低價格，基于Sub 1Ghz的無線網絡通信服務。

技術特點

Sigfox的網絡使用超窄帶技術（UNB）的技術，每秒處理10到1000比特的數據，它采用超窄帶技術，使得網絡設備消耗50～100微瓦的功率。相比較而言，移動電話通信則需要約5000微瓦。接入Sigfox網絡的設備每條消息最大的長度大約為12字節，并且每天每個設備所能發送的消息不能超過140條。網絡覆蓋范圍可以覆蓋至1000公里并且每個基站能夠處理100萬個對象。

產業化現狀

Sigfox正在建立一張與現今GSM/LTE網絡并駕齊驅的專用于物聯網的全球網絡。基于該技術的網絡，不僅成本遠低于傳統的蜂窩網絡，而且其網絡所占用的900MHz無線頻段在美國不需要授權。當電信運營商更希望通過部署短波技術以最大限度地提高攜帶數據的時候，Sigfox公司反其道而行，其所使用的是波段是最長波。相對于無線局域網技術，Sigfox的專用網絡還具有覆蓋范圍廣、即買即用的特點。接入其網絡不需要購買網關、不用進行配置、也不需要設備進行配對。Sigfox商業模式是將其超窄帶網絡與運營商的蜂窩網絡搭配使用。目前，Sigfox網絡已經覆蓋到西班牙、法國、俄羅斯、英國、荷蘭、美國、澳大利亞、新西蘭、德國等幾十個國家。因為價格便宜，Sigfox已經幾乎覆蓋整個法國。

4．LoRa

2013年8月，Semtech公司發布了一種新型的基于1GHz以下的超長距低功耗數據傳輸技術（Long Range，簡稱LoRa）的芯片。其接受靈敏度達到了驚人的-148dbm，與業界其他先進水平的sub-GHz芯片相比，最高的接收靈敏度改善了20db以上，這確保了網絡連接可靠性。LoRaWAN即是基于該芯片組成的網絡。

技術特點

LoRaWAN最大的優勢就是低功耗，易組網，成本低，傳輸距離遠等等，可以滿足長時間的運作，電池供電使用時間長達數年。目前全球大概有數百萬個物聯網節點運用LoRa技術。LoRaWAN非常適合大規模部署，比如在智慧城市中的市政設施檢測或者無線抄表等應用領域。

LoRaWAN主要在全球免費頻段運行（即非授權頻段），包括433、868、915 MHz等。LoRaWAN主要由終端（內置LoRa模塊）、網關（或稱基站）、服務器和云四部分組成，應用數據可雙向傳輸。

產業化現狀

2015年3月，LoRa聯盟（LoRa Alliance）宣布成立。該聯盟由Semtech牽頭，發起成員還有法國Actility，中國AUGTEK和荷蘭皇家電信KPN等企業，到目前為止，聯盟成員數量達330多家，其中不乏IBM、思科、法國Orange等重量級廠商。

目前，LoRaWAN已經在世界多地進行試點或部署。據LoRa聯盟早先的數據是有9個國家開始建網，56個國家開始進行試點；據最新公布的數據，已經有17個國家公開宣布建網計劃，120多個城市地區有正在運行的LoRa網絡，如美國、法國、德國、澳大利亞、印度等等國家，荷蘭、瑞士、韓國等更是部署或計劃部署覆蓋全國的LoRa網絡。

5．RPMA

RPMA（Random Phase Multiple Access，隨機相位多址接入）由美國Ingenu公司開發。Ingenu公司之前的名稱為OnRamp，成立于2008年。Ingenu為開發人員提供了收發器模組以連接到該公司及其合作伙伴在全球范圍內建立的RPMA網絡，這些網絡將來自終端節點的信息轉發至使用者的IT系統。同時，RPMA也可適用于想要搭建私有網絡的客戶人群。

技術特點

網絡覆蓋能力強。RPMA基站的網絡覆蓋范圍極廣，覆蓋整個美國和歐洲大陸分別只需要619個基站和1866個基站，而對應采用LoRa則分別需要10830個基站和43319個基站；采用Sigfox則分別需要6840個基站和24837個基站。基站數目的減少大大降低了物聯網的建設及運營成本，因而從長期來看其經濟效益更高。

系統容量大。以美國大陸為例，如果物聯網中的設備每小時傳輸100個字節的信息，那么采用RPMA可以接入249232個設備，而采用LoRa和Sigfox則分別只能接入2673個設備和9706個設備。

能夠充分降低設備能耗，進而盡可能地延長電池的使用壽命。RPMA采用功率控制和信息傳輸確認的辦法來減少重新傳輸的次數，終端在數據傳輸的間隔進入深度睡眠狀態來減少功耗，延長電池壽命。

采用統一頻率，方便漫游。RPMA技術采用的是2.4G頻段，該頻段在全球都屬于免費頻段，這樣RPMA的設備可以在全球實現漫游。Sigfox在歐洲使用的是868MHz的頻率，在美國使用的是915MHz的頻率，而868和915這兩個頻率在中國已被占用，實現漫游比較困難。

雙向通訊，可以廣播。RPMA采用的是雙向通訊的方式，可以通過廣播的方式對終端設備進行控制或升級。Sigfox采用的是單向傳輸，Lora采用的是半雙工的通訊方式。

產業化現狀

為迅速占領低功耗廣域網市場，Ingenu表示，該公司已經在全球超過45個國家和地區部署其2.4GHz網絡RPMA，該公司目標在2016年底于美國30個城市建立600個通訊塔，覆蓋七成的美國國土。此外Ingenu也打算與更多晶片、模組及系統供應商建立伙伴關系，圍繞RPMA技術打造健康的生態系統，進一步推進RPMA的市場應用。

表1 低功耗廣域網主流技術指標比較一覽

資料來源：Image Source: EDN.com –Copyright 2015 UBM Americas.

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