如果您目前正在實施物聯網(IoT),那么您可能已經花了很多時間在研究無線連接解決方案,因為這畢竟有太多的選擇。然而,Wi-Fi和LoRaWAN這兩種技術在作為從邊緣到云端的端對端解決方案時,能夠發揮極具吸引力的加乘綜效。因此,從工業設施到全世界各大城市的種種應用,也都可以搭配使用這兩種技術。為了深究其因,讓我們先了解二者之間如何協同運作。
物聯網需要從邊緣裝置(例如各種類型傳感器)到因特網(Internet)的連接能力。在邊緣,典型的協議選擇是從基于802.15.4的標準、藍牙或Wi-Fi之中擇其一,因為每一種標準都具有網狀網絡(mesh)功能。數據就透過該技術標準傳送到網關,然后再透過蜂巢式或低功耗無線局域網絡(LPWAN)傳送到因特網。
Wi-Fi是唯一可提供極高數據速率的協議。然而,其缺點在于接取點消耗大量功率,其可視范圍(LoS)也僅約200公尺,使用20MHz或更高的通道帶寬,并可在2.4GHz和5GHz的頻率下運行,但無法穿透結構,其頻率也較低。
相形之下,使用LoRaWAN的邊緣裝置僅消耗微安培(uA)的電流,使用鈕扣電池即可持續運作好幾年。該協議使用非常窄的500kHz或更小通道寬度以及20dBm (50mW)的最大發射功率。此外,在北美,采用從914MHz到928MHz的頻率范圍運作,不僅可穿透結構,同時還支持更長的傳輸距離。
對于一項發射功率極小且天線經常“電氣短接”(electrically short)的技術而言,“長距離覆蓋范圍”這項特性似乎有悖于直覺。但是,由于LoRa無線電使用線性調頻頻譜調變和基于頻段擴展的相關機制,因此,即使遠低于噪聲級的19.5dB極其微弱訊號,也可以由接收器進行解調。業余愛好者曾對此進行測試,其結果令人印象深刻或甚至“驚艷”,也就不足為奇了。今年7月,西班牙的一支工程師團隊使用氣球安裝的定向天線,搭配Hope Electronics的RFM95W收發器以14 dBm (25mW發射功率)的RF輸出,寫下了766公里的世界紀錄。
從西班牙Alfamen發射7個不同大小的氣球,使用LoRaWAN的氣球以25nW發射功率達到距離766公里的世界紀錄。
那為什么不直接使用LoRaWAN就好?
當然,認定單獨使用LoRaWAN就足夠而不必非得與Wi-Fi搭配使用,也是很合理的,因為它畢竟提供了端對端解決方案的一切必要條件,而且LoRaWAN網絡也已經成功地用于全球140多個國家了。然而,Wi-Fi能夠達到LoRaWAN無法提供的傳輸速率和低延遲性能。這意味著在越來越多的情況下,這兩種截然不同的技術得以連手產生一些Wi-Fi和LoRaWAN無法單獨提供的解決方案。因此,這種強大的組合開啟了一系列更廣泛的應用。
而且整合這兩種技術也非常容易。多家裝置制造商都打造了可同時支持Wi-Fi和LoRaWAN的收發器和網關,也提供可插入LoRaWAN網關的Wi-Fi接取點配接器。兼容LoRaWAN/Wi-Fi的最新網關尺寸比起其前代產品更小,通常只有兩支智能型手機堆棧在一起的大小,而且其成本正逐漸降低,甚至降到比標準消費性Wi-Fi接取點還要低。許多產品還提供對于藍牙、GPS和LoRaWAN各種功能的支持,并包括不同的安全等級。設定支持這種雙協議的網關也非常簡單,只需透過網關提供的軟件或智能型手機應用程序(App)即可。
將LoRaWAN傳感器產生的資料移至Wi-Fi的過程幾乎可以立即完成,而且還可加以調整以便在特定情況下啟動。例如,當使用LoRaWAN的攝影機檢測到動作并開始錄制視頻時,可以將傳輸功能切換成Wi-Fi,才有足夠的帶寬和速度將視頻影片傳送上云端。
另一個例子是定位和追蹤,可以透過LoRaWAN傳感器“嗅探”Wi-Fi接取點,并將符合要求的幾個接取點傳送到LoRaWAN云端,然后再透過三角測量和精確的時間戳來實現地理定位。即使是單個IoT裝置也可能在室內實現約10公尺的Wi-Fi地理定位精確度,具體取決于有多少可用的Wi-Fi接取點。例如,具有五個強大Wi-Fi訊號的垂直標高定位約為5公尺,而在市區的戶外約為20公尺。
當采用IEEE 802.11mc標準提供精密的定時測量(也稱為往返時間或RTT)時,也可以提高準確性。IEEE 802.11mc在精確定位技術方面的最新進展較鮮為人知,因為它一直到最近才引起媒體關注,但它其實已經整合至Android P操作系統,可望在未來幾年開始看到更廣泛的部署。IEEE 802.11mc可以將定位精度提高到大約1公尺,并提供垂直(Z軸)位置信息,這些都在過去是無法實現的。
Wi-Fi RTT能夠讓三軸的位置誤差均降低到大約1公尺,而實現達到1公尺的定立精度。例如讓第一個出動救援的人員更快定位到需要幫助的人、使用智能型手機撥打911,以及在多層建筑物的公寓中精確地定位。而當啟用RTT的Wi-Fi接取點和LoRaWAN一起使用時,還可以將這樣的精確確度擴展到遠程位置。
LoRaWAN和Wi-Fi能有效地協同運作,這并不是其他無線通信技術(無論是短距離還是長距離)所能實現的。蜂巢式網絡可以完成LoRaWAN的大部份工作,但還需要更多的基礎設施,而且部署成本更高,消耗更多的裝置電池壽命,使得對于IoT通訊網絡的控制受限。因此,LoRaWAN崛起成為最廣泛部署的LPWAN技術,而且由于Wi-Fi可在短距離內提供極高的數據傳輸速率,超越其他所有解決方案更高一個數量級。LoRaWAN和Wi-Fi共同打造了獨特的解決方案。
責任編輯:tzh
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