2018年7月31日，由中国物联网产业应用联盟主办，深圳物联传媒承办的“2018深圳国际NB-IoT技术与应用”高峰论坛在深圳会展中心隆重举行。来自成都西谷曙光数字技术有限公司董事长、首席科学家廖应成先生在会议现场分享了以《挑战LoRaWAN和NB-IOT》为主题的精彩演讲。

成都西谷曙光数字技术有限公司董事长兼首席科学家 廖应成

　　LPWAN 优势在远距离并不在低功耗

　　所谓LPWAN(Low Power Wide Area Network)，即通过降低通信速率(简化通信协)，低成本实现更大范围窄带物联网覆盖。但目前依旧存在一个问题：仍未解决最后一公里“万物互联”!

　　在万物互联的时代，需要连起来的到底是什么呢?

　　来自IEEE的工程师，总结了万物相连的一些技术要求：

　　几种主要LPWAN技术简述

　　LoRaWAN 网络架构

　　LoRaWAN 网络架构采用的是星状的网络架构，比起一般的网络架构要简单一些。LoRaWAN主要分为三类：

　　Class A (电池供电)， 终端工作方式类似BLE，发射后监听，只不过发射周期非常长，定时抄表或 “报警信号触发” 发射应用)

　　Class C(外供电)终端在发送完上行的数据后，都处于可接收下行数据。牺牲了电池的寿命来换取对终端控制的及时性。

　　Class B(大电池，短寿命)终端介于Class A和Class C之间，在Class A的基础上，根据需要，增加了接收下行信号的时间窗口 (Ping slot)。

　　NB-IoT总体架构

　　NB的优势

　　与LORA和SIGFOX等方案相比，利用NB技术来构建物联网，可以利用运营商已有的网络以及管理平台，建网速度快，覆盖广，终端直接联网，接入数量大;

　　NB-IOT具有PSM低功耗模式：

　　在PSM(Power Save Mode)模式下，NB平均电流仅6.7uA。问题是，在PSM模式下，虽然该设备仍然注册在网络中，但是不接受网络信息，网络寻呼消息也无法将NB模块唤醒，PSM模式最长可达310小时，相当于设备进入了长时间的睡眠。

　　NB存在的问题：

　　1、与用户的期待相比，NB的成本仍然偏高，特别是月费，让每个信息采集点都安装一个NB，用户难以接受;

　　2、NB与LORA 一样，是通过降低通信速率来增加通信距离，通过减少工作频次的方法来降低功耗，且只能是单向定时主动发射的方式(水电气表抄表)，或传感器检测到报警信号时(非常少)，才激活NB终端发射(Event Driving);在低功耗情况下，不能频繁发射(远距离低速率发射功耗并不少)

　　3、处于低功耗工作状态的LPWAN终端，由于无法对控制端发射的信号做出及时响应(不具有在低功耗状态快速建立双向通信的能力)，其应用受到很大限制。

　　SIGFOX

　　SIGFOX主要的信念在建构一个全球性的物联网网路，让使用者的装置在全球不同的地区都可以连结到Sigfox网路中。我们可以想像Sigfox便是一个全球性的电信营运商，使用者只要付出些许的费用，便可以使用Sigfox网路，收集并使用终端装置的资料。

　　Sigfox的问题：Sigfox在通信方式上的限制

　　数据上行(Uplink)：每一次最多只能傳送12 Bytes的数据，一天最多传送140次。

　　数据下行(Downlink)：每次最多可傳输8 Bytes数据，每天最高可傳四次。

　　LPWAN低功耗模式下的应用局限(最后一公里范围内)

　　LDSW(Low Duty Cycle Smart Wireless)

　　成都西谷公司的工程师们，经过14年对包括ZigBee，蓝牙和有源RFID等无线通信技术的实践研究的基础上，开发出了一整套颠覆传统，以超低占空比为特征的智能无线通信技术LDSW：

　　LDSW主要技术突破

　　1. DNA检测技术(国际专利)

　　在不到万分之一秒内，对监听信号的有效性完成准确判别;

　　在1秒钟内“唤醒”1500米之外处于“睡眠” (<3uA)的通信对象;同时下达任意长度的完整工作指令(一步到位)，从而实现超低功耗双向快速通信;

　　2. 快速频道跳转技术(国际专利)，

　　将一个低成本半双功通信终端，变成一个“准双功”或“准多功”的通信终端。从而可实现对任意数量海量标签流ID的低功耗实时采集(是目前世界唯一能低成本解决城市交通数字化管理难题的技术);

　　3. 动态授时技术(国际专利)

　　可对随机苏醒的海量智能终端，进行精准同步授时，实现低功耗LDSW终端(包括标签)间的低功耗精准时隙通信，大大降低了功耗;

　　4. “宏指令”通信技术(国际专利)

　　利用简单“宏指令”代码，代替繁长具体的工作指令传输(保密&省电)

　　5. “工作清单”分组比对技术(专利)

　　从成千上万的通信对象中，将少部分需要处理的终端一次筛选出来，解决了超市海量电子价格标签低功耗管理问题;

　　6.超低功耗无线自主网技术(国际专利)

　　所有LDSW终端(平均待机功耗<3uA)都可以发起通信和中继信息。任何报警或传感器信息，都可以采用逐级低功耗唤醒，逐级中继传输的方式，在“无网无电”的情况下，将报警信号远距离传输到管理中心。

　　具体应用包括：

　　高压传输线路，地质灾害，石油管道等的自动实时监测;

　　应急救灾，公安，战场等数字对讲集群手机不依赖基站的低功耗保密数字通信

　　…….

　　1/10000秒监听方式重要意义

　　1)意味着一个原来采用传统连续工作方式只能支持1天的电池，现在可以支持27年!由于LDSW智能终端，99%以上的时间都处于周期性低功耗监听信号状态，(平均功耗< 3uA)，从根本上解决了LDSW终端电池寿命问题!

　　2)只监听意味着不发射信号(不浪费频率资源，不造成干扰)，

　　3)密码唤醒意味着保密性好!

　　4)在统一信道上监听，意味着所有LDSW终端可互联互通;

　　5)在统一信道上采用“DNA”检测方式监听，意味着系统可根据需要，通过广播命令的方式，为不同工作目的的LDSW终端，“临时”安排更多工作信道，意味着灵活多样的工作方式，和几乎无限的终端接入数量;

　　6)真正需要LDSW终端使用大功率远距离(>1500米)发射信号工作机会很少(按需工作)，工作时间也很短(默认通信速率为125 kbps)， 远距离发射时的耗电非常有限。因而LDSW可实现超低功耗的远距离通信, 相比不能采用“按需工作”的其它技术，需要随时进行远距离大功率发射来具有明显的优势。

　　LDSW满足了IEEE工程师对满足“万物相连”技术提出的所有要求，而且距离更远，功耗更低，工作方式更加灵活多样!

　　“西谷物联1号”LDSW芯片已成功通过测试，将于2018年7月正式量产。

　　LDSW 与其它技术的最大区别

　　1.LDSW不需要预先设置固定的通信时间窗口来建立下行通信， 而是可以在任何需要的时候，在1秒钟的时间内，将远在1500米距离外，处于《睡眠》状态(<3uA) 的终端“唤醒”，并立即作出响应;同时利用多频道快速跳转技术，立即与呼叫方建立起双向快速通信。

　　2.这里的“唤醒信号”就是一个任意长度的工作指令信号包， 终端在被“唤醒”的同时，也就收到了具体的工作指令，包括针对不同终端的不同工作频道，及时间等的安排。这样所有LDSW终端不仅可以互通，而且还可以根据需要，使用任意多的通信频道，接入几乎无限数量的无线终端!

　　3. 与其它 “低功耗”主流技术不同， LDSW终端采用的是周期性监听工作指令信号的“按需工作”方式，按需时的远距离发射次数很少，功耗也小。因而LDSW具有广阔的应用空间，和千变万化的灵活工作模式，来满足各种物联网应用的需要!

　　《NB+LDSW》取长补短合作共赢

　　《NB +LDSW》网关: 通过NB联网，通过LDSW联万物;这样的模式既发挥了NB广覆盖，直接联网的优势，又发挥了LDSW低成本，超低功耗，双向快速通信的能力的优势。还可利用运营商现有网络及管理平台，向用户提供各种基于各行各业“万物互联”各种物联信息服务：

　　提供各种“预防性维护”服务

　　各种机电设备，汽车，人体以及牲畜的健康等，现在都是出了问题再解决的被动方式：我们需要防患于未然，采取预防措施，提供“预防性维护”的服务!

　　这就需要我们利用LDSW 网关，24小时不间断地通过各种传感器，采集设备或人的相关工作数据或体征信息!并通过对采集到的大数据进行分析，建立各种设备事故预报数学模型和人体疾病发生的预报数学模型，提前报警并及时预防!

　　获得价值巨大的各种物联网大数据

　　1、静态大数据

　　现有的“大数据”，主要是通过人工方式(电脑键盘和手机)输入的静态数据，“实时性”要求低。主要掌握在政府机关，或网络运营商手中;

　　2.物联网动态大数据：

　　而通过《NB +LDSW》采集的数据更多的是实时动态大数据，往往“实时性”要求高，刚需价值大(例如车辆，物资，人员实时位置信息，人们身体状况和各种几点设备运营状况信息)这些数据量非常大。

　　《NB +LDSW》是海量物联网实时动态大数据的接入口，掌握了物联网海量大数据，你就掌握了物联网大数据的“天下”!

　　值得强调的是，《NB +LDSW》是中国完全自主的技术和产品，它使中国在物联网关键技术领域走在了世界的最前面，必将得到政府的大力支持!

    更多资料可参考PPT :  https://pan.baidu.com/s/1gc6yfFnCFWifJRIHtho5RA