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目前最受关注的LPWAN技术分别是LoRa、Sigfox和NB-IoT,这三种技术具有各自的优势,大众可根据不同领域及使用需求,选择最适合的通讯技术。请问有NB-IoT、LoRa、Sigfox都有哪些具体的差别?有没有详细的对比资料?
wooowzt:【唐老师】我觉得NB-IoT和其他的协议的最大的区别是它拿到了频谱。它有国家的支持,有自己的频谱,这样的话呢,他就能静下心来做各种应用,因为他不用太担心干扰。就跟3G、4G一个道理,他的频谱是自己独有的,这样的话他就可以全身心的来各种协议的研发。其它的像LoRa和Sigfox呢,它们目前来说还没有拿到我们国家的授权频谱,只能用那种免费的频段,这样的话你会难以避免的遇到各种各样的干扰,同时也会干扰别人。LoRa用的是扩频技术,那我认为它的优点就是距离会比较长,但同时他对频谱资源的占用会有点多,这样的话,这种情况,如果在专用频谱来说,我觉得这不是问题,但如果是在公用频谱的话就对别的用户会有点不公平。就是说,本来我们大家都好好的一人坐一张凳子,然后你过来坐,要一排凳子,对大家不太公平。同时因为这种扩频的技术,频道会少一点,联网的数量也会小一点。Sigfox超窄带的技术,其实是跟NB-IoT是类似的。它可以在很窄的带宽里,保持稳定的通讯。其实短距离无线通信,就像我之前说,它不是一个真正的应用,它只是一种桥梁,它是为各种应用服务的。它起到把传感器和设备,还有云端,连起来的一种作用。要说应用我觉得我们还是要往实际去发掘。比如说Thread的那个空调温控器是吧,或者我们可能有抄表的应用,或者我们有pm2.5的那个采集的应用或者温湿度采集的农业方面的应用,各种各样的,这才是真正的应用。 补充:正如LPWAN的技术特色,LoRa与Sigfox都具有长距离、低功耗的特点,可延长电池寿命,形成大范围的讯息传输。两者皆使用免授权的Sub-1GHz ISM频段,不需额外付出授权费用,且由于电子芯片制造技术的突破,两项技术的硬件制造成本不断降低,比如去年在台湾地区产业已经启用的Sigfox,月租费最低只要0.4元人民币。LoRaWAN是由各产业联盟共同推动的网络标准,提供开放式技术,只要取得关键内容,就能开发个别的应用。不同于LoRa的开放性,Sigfox则是由法国同名公司自行开发的技术,掌握核心网络的营运和布建,意图以独立营运商的角色,在全球进行网络基地部署,目前已能同时在36个国家和地区使用可连结的网域和设备。以类型来说,LoRa好比小型的私人网域,传输距离最远可达20公里,只要掌握技术,就能自行架设基站,自由度更高。Sigfox则是以全球为营运目标,不断扩展网络基地的蓝图,可提供用户既有的网络布署及云端服务,需要付出额外的月租费,相对LoRa而言,成本较高,但平台方案完整,不须额外布建网络。Sigfox的传输距离可达50公里,是三种技术当中范围最广的,不过为达到低功耗的目标,LoRa和Sigfox的每日传输次数都有限制,一天当中的传输时间很短,适合发挥在没有实时通讯需求的领域,比如每日固定回报数据的传感器,可测量温湿度、PM2.5等特定环境数据,藉由长距离、少次数的传输型态,形成较大面积的物联网应用。 另一项在物联网产业链上讨论热烈的技术是NB-IoT,与前述两项技术最大的不同,在于它是由3GPP组织所制定的技术,使用需授权的GSM和LTE频段,也就是说,NB-IoT必须藉由电信产业买下频段授权,使用者只能透过电信业者或第三方代理商取得授权技术和频段,才能使用NB-IoT相关服务。NB-IoT的优势在于它是由现有电信业者推出的技术,不需重新布建网络,只要更新软件,就能使用现有的4G电信基地台和相关设备。另一方面,采用电信级的网络,在通讯质量和讯息安全性拥有高度的保障。台湾地区远传电信目前已推出NB-IoT的抢先体验活动,并预计于5月底完成全台基地升级,只要远传电信能收到讯号的地方,就能使用NB-IoT,装置月租费约为2至12元人民币。上述三种热门的LPWAN技术各自有着不同特点,业界多预测未来其中一项技术将会力压群雄,成为一枝独秀。然而,正如LoRa创始人之一Olivier Hersent曾说过的,互相合作的共存关系更可能带领未来技术走向新的发展。事实上,物联网应用领域百百款,这三种技术的特点也对应了不同领域的特殊需求。比如NB-IoT,用户许可证频段和LTE技术,其网络不限制传输讯息次数,所能携带的数据量也更高,因此适用于重视网络传输稳定性和实时性的智慧工业领域,或者是需要声音、图像文件等高数据传输的物联网装置。相对地,NB-IoT的功耗也高于另两项技术,电池寿命的损耗较大。同时与电信业者的协作模式,在向用户推广时会更为快速、简便,从另一角度来看,也受限于硬件成本(芯片)和月租成本。与NB-IoT相比,LoRa和Sigfox由于硬件成本低、功耗更小,因此更适合在小数据量、大范围的传输应用。LoRa技术目前的发展规模已趋向成熟,且曾与亚太电信及鸿海富鸿网合作,在台湾地区已有实际营运成果。虽然传输距离不比Sigfox,但传输带宽较高,建设成本和技术难度不高,适合在高科技厂区中建设封闭型网域,传输各类型的感测数据。以全球布建的角度来说,德国莱因的信息与通信技术经理于凯群表示,Sigfox是很有发展性的技术,由于Sigfox提供全球性的网域服务,对跨国公司来说更为便捷,尤其是一体成形的网络方案,对高收益的公司而言提供完整且稳定的云端服务,省去许多开发和协作上的麻烦。Sigfox的传输距离最远,但一天内的传输次数最少,因此适合应用在反应数据变化或固定时段传送数据的场景,比如管线监控、智能电表、地区气候监测和警报等。Sigfox目前在台湾地区与O-bike合作,负责定位追踪服务,以及中兴保全的设备状态侦测,和智能医疗远程照护等应用。由于是跨国应用,Sigfox也与美国快递公司合作,在包裹上装设传感器,除了知道包裹的运送位置,也能侦测拆开的时间,将具体数据传送回美国。无论在交通、工业、农业、建筑、医疗、金融等领域,物联网所要关注的将会是数据下的新兴应用,装置联网只是基础,只有善加利用软件服务,掌握应用商机,才能具体实现物联网的真正智慧。
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基于距离差测量的位置解算原理可否做详细解释?能否介绍一下当下的高精度定位技术,号称到毫米级?差分计算在室内定位是否有实用意义?
wooowzt:【余老师】基于距离差测量的位置解算,在UWB系统里其实就是这样的。就是说它的UWB的基站和标签之间会进行一个测量,UWB一套系统里面需要4个基站完成一个定位,这4个基站的话他们的时间是同步的,有一个时钟同步。比如我标签发出一个信号,这时每个基站都能测量到信号的到达时间,这样标签发出的信号到达不同的基站有一个时间差,时间差乘以一个光速就是距离差。就能算出标签到基站一的距离比到基站二的距离远5米或者标签一到基站一的距离比到基站二之间的距离差3米。然后当我知道标签到不同的UWB的基站的距离相互之间差几米的时候,其实从几何上的话呢,可以列一个方程组。根据这个方程组的话就可以解算出它的一个精确的位置信息。当下的高精度定位缩到毫米级,我不知道你说的是不是那个卫星导航的差分定位技术,这个是可以的。但这个说要达到毫米级的精确定位的话,它一般是用在测绘的这个领域,他并不是一个完全实时的毫米级定位。他是比如说我在一个桥梁建设的时候,然后把GPS和北斗的接收终端固定在一个地方然后进行长时间的测量,然后定位出这个地方的坐标。 这种毫米级定位最常用的就是其实就是测绘里面,它对于形变的监测。比如在一个桥梁上,我把那个定位的终端和天线装在这个地方。然后不断的进行测量,每一段时间之后,定出一个坐标来。然后经去看这个今天比明天,这个定位坐标,有没有变化?主要监测如地基沉降等等发生。像这种手段的差分计算的话,一般来说,在室内定位里面还是很少会用到这个。 补充:UWB技术相对于其他传统通信技术有如下技术优势:(1)传输速度快,系统容量大。根据信道容限公式,系统的最大传输速率与系统带宽成正比例关系。UWB通信的带宽都在500MHz以上,其传输速率也达到1Gbps以上。而传统的无线载波通信系统由于频带窄,要使传输速率达到100Mbps以上,必须采用多进制调制等方法,这样对信噪比提出了很高的要求,同时也加大了系统构建的复杂性。(2)发射功率低。超宽带无线电具有的1GHz以上的射频带宽,发射时需要的平均功率很低。特别是在短距离通信应用中,UWB发射机的发射功率普遍低于1mW;较低的发射功率可以延长系统的工作时间,而且发射功率较低,对人体的电磁波辐射也会很小。(3)多径分辨率高。UWB信号采用持续时间很短的窄脉冲,具有较强的时间和空间分辨率,系统的多径分辨率高,整个系统就能充分利用发射信号的能量。此外,UWB信号具有良好的抗多径性能,对于信道多径衰落不敏感,接收机通过分级,便可以获得很强的抗衰落能力,在室内或者建筑物比较密集的场合可以获得良好的定位效果,同时在进行测距、定位、跟踪时也能达到更高的精度。(4)系统保密性好。UWB的发射功率低,信号能够很好地隐蔽在其他类型信号和环境噪声之中,传统的接收机无法识别和接收,必须采用与发射端一致的扩频码脉冲序列才能进行解调,系统具有较强的系统安全性。(5)穿透能力强。窄脉冲具有很强的穿透能力,可以帮助比如警察搜寻隔墙的逃犯,以及解救那些被围困在建筑物里边的人们。(6)定位精度高。UWB信号具有超宽频带的特性,具有较高的空间分辨率,使得UWB系统的距离分辨精度是其它系统的成千上百倍。UWB信号的距离分辨能力可达到厘米级,这是其它窄带系统望尘莫及的。超宽带技术开发了一个具有大容量的无线信道,它还具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱低、测距精度高、系统成本低等优点,受到了人们的普遍重视。利用上述这些优点,超宽带信号对障碍物具有良好的穿透性和精确测距的特点,可以设计具有较强通信功能和定位功能的超宽带脉冲无线定位系统,广泛应用于电力、智能化工厂、施工管控、轨道交通、机场安检、军事训练等领域。
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