低功耗广域网技术 (LPWAN) 用于在城市等大面积密集区域中连接低带宽、低功耗设备。常见应用场景包括街道照明、公用事业计量、工业农业、资产跟踪、石油天然气以及环境监测，在所有这些应用中，更长电池寿命、较远工作范围以及在拥挤环境中的使用寿命都是要满足的重要设计要求。
在本文中，我们将介绍 LPWAN 的主要特性、该技术的最佳用例，以及我们客户采用的一些最常见 LPWAN 解决方案。
LPWAN 是什么？
LPWAN 是一个较新的术语，随着家庭物联网的爆炸式增长，该术语在工业领域中的使用在飞速增加。随着部署率越来越高，需要优先考虑低功耗、覆盖范围、低数据速率和安全性。同时，计算、功耗和电池电量方面的创新层出不穷，从而催生了更有效的 LPWAN 技术。
在出现所有这些发展的同时，市场对用于连接各种设备的蜂窝技术的高性价比、应用特定替代品的需求也在不断增长。在这种新形势下，蜂窝技术的电池寿命短、覆盖范围不完整，而蓝牙和 Zigbee 等新兴技术的覆盖范围也有限。虽然这些技术都有其独特的优势，但是 LPWAN 填补了未得到充分服务的应用的空白，这些应用在设计上较难得到同类技术的支持。
主流 LPWAN 解决方案技术
LPWAN 具有多种形式，因此它能够服务于多种技术和协议，包括开源和专有解决方案。随着越来越多的公司转为使用 LPWAN，人们最耳熟能详的相关品牌如下。
Amazon Sidewalk
Amazon Sidewalk 是一种低带宽、长距离无线网络，它使用蓝牙低功耗 (BLE)、频移键控 (FSK) 和 CSS 技术为家庭内外的物联网设备打造围绕消费者的无线网络。Silicon Labs 可为物联网设备制造商提供针对 Amazon Sidewalk 的最完整、一站式无线开发解决方案，从而简化您的开发流程，降低成本，并加快 Amazon Sidewalk 物联网设备的创收时间。经认证的解决方案包括 Amazon Sidewalk SDK、无线硬件、安全性和开发套件及工具。
Wi-SUN
Wi-SUN 是一种受联盟支持的全球可用网状网络拓扑结构。它完全开放，无需订购，而开发人员可以访问专用网络，获得强大安全性和广泛的供应商支持。
Wirepas
Wirepas 是一种用于企业物联网的非蜂窝 5G 连接技术。Wirepas 的长距离 LPWAN 配置文件 (5G Mesh) 具有 1.9 GHz 专用频谱。
NB-IoT/LTE-M
NB-IoT 是 LPWAN 的 4G/5G 蜂窝版本。LTE-M 将网络和许可频谱扩展到了机器级别。各主要运营商都拥有 LTE 和 NB-IoT 网络。虽然它们提供了用于跟踪、移动和定位功能的成熟基础设施，但相比其他解决方案，消耗的功率更高，而且需要付费订购。由于监管要求因素，NB-IoT/LTE-M 目前在亚洲更受欢迎。
Mioty
Mioty 的功能与 LoRa 相似，是一种受联盟支持的解决方案，以在采矿等严苛环境中具有高可靠性而著称，其功能主要用于地下环境。Mioty 提供低功耗和长距离技术，并提升了冗余度以确保数据交付。
Z-Wave 长距离
Z-Wave Long Range (LR) 将 Z-Wave 连接体验扩展到家庭边界之外，并加速了 Z-Wave 在商业照明、酒店和多住户单元 (MDU) 等其他垂直领域的采用。该规范支持最大输出功率 30dBm，可用于增强传输范围，在未来可支持长达数英里的传输距离。
LoRa
LoRa 最初由 Semtech 开发，该公司目前仍拥有自己的调制技术。LoRa 是一种专有的 ISM 频段 LPWAN 技术，由 LoRa 联盟提供支持。LoRaWAN 规范规定了认证和合规性要求，以确保互操作性。LoRa 无需订购，其采用星形拓扑结构，适合长距离传输。
选择 LPWAN 技术时的注意事项
作为一种新兴技术，亚 GHz LPWAN 市场受到监管碎片化的影响。每个国家都具有自己的频段。此外，存在许多 LPWAN 用例，LPWAN 实施方式也多种多样。仅在智能家居、智慧城市和商业农业领域，每个细分市场就有数百种相关应用。考虑到这两个因素，目前尚无万全之策。
根据您的使用情况和所处监管环境，您可以将范围缩小为 2 或 3 LPWAN 解决方案，然后再研究生态系统、互操作性和供应商支持。
在考虑要采用的 LPWAN 技术解决方案时，最需要考察的因素包括生态系统合作伙伴、应用要求和法规/标准。
回答下列问题将有助于您更有效地评估 LPWAN 解决方案：
- 您希望在什么生态系统中工作？
- 该生态系统是否提供您所需的功能？
- 您所在地区是否有该生态系统？
- 是否有供应商支持该生态系统？
- 是否可以实现互操作性？
- 您的应用场景要求是什么？
- 您希望设备在两次维修之间的现场正常工作时间是多少？
- 您期望的传输距离是多少？传输距离更重要还是性能更重要？
- 您对电池寿命的预期是什么？是否可以选择线路供电方式？
- 您的链路相关预算是多少？
- 是否有 RF 灵敏度方面的任何需求或顾虑？
- 您对信道容量的期望是什么？
- 您的带宽要求是什么？
- 您的应用是否必须基于标准？
面向 LPWAN 的设计
LPWAN 在运行方面既有优势，也有劣势，而设计中可能会放大这些优势和劣势。例如，由于更常用于野外而非私人住宅或其他更安全的区域中，LPWAN 技术更容易受到实体攻击。除了网络安全性，设计人员还需要考虑用以生产防篡改硬件和外壳的方法。在硬件方面，干扰问题是在设计天线时需考虑的主要问题。如果产品设计不符合使用情况，或者安装人员对最佳实践的了解较少，则系统就无法达到预期的范围。在软件方面，由于 LPWAN 技术依赖于唤醒/睡眠周期，因此设计人员需要一种经过调优的算法，以减少唤醒程序所消耗的能量，并保持较低的系统级功耗。
Silicon Labs 提供各种 LPWAN 解决方案，从用于定制型解决方案的灵活应用程序编程接口 (API)，到合作伙伴协议栈和完整协议栈，无所不包。无论您是精通 RF 和连接技术的人员，还是刚刚涉足的新手，您都将在整个开发过程中获得强大的支持。
Silicon Labs 的 LPWAN 解决方案
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