LPWAN发展史：如何从2.4GHz演化至卫星网络-凡亿课堂

LPWAN（低功率广域网络）是一种用在物联网（例如以电池为电源的感测器），可以用低比特率进行长距离通讯的无线网络。其正在智慧城市和农村地区迅速普及，同时也在向其他领域发展，从2.4GHz到卫星网络。
LPWAN发展趋势：从2.4GHz到卫星网络
一、LPWAN
LPWAN（Low-PowerWide-AreaNetwork，低功率广域网络）也称为LPWA(Low-PowerWide-Area)或LPN（Low-PowerNetwork，低功率网络），是一种用在物联网（例如以电池为电源的感测器），可以用低比特率进行长距离通讯的无线网络。低电量需求、低比特率与使用时机可以用来区分LPWAN与无线广域网络，无线广域网络被设计来连接企业或用户，可以传输更多资料但也更耗能。LPWAN每个频道的传输速率介于0.3kbit/s到50kbit/s之间。
LPWAN可以用来建立一个私有的无线感测网络，但也可以是一个第三方提供的服务或基础设施，这使感测器的拥有者可以直接部属感测器，而不必投资经费于闸道器的建设。
二、LPWAN的发展趋势
未来的挑战是确保物联网(IoT)中的数十亿设备能够简单而无缝地连接起来。解决全球多个应用程序的复杂性问题，可能是大规模推出物联网所面临的最大问题。如今，部署和管理数百万甚至数十亿的设备是一项相当大的挑战。不过，这可以通过开放的标准和可互操作的硬件来解决，且有助于使各种供应链、智能基础设施和农村传感器网络更加有效和高效。
自Semtech的LoRa®设备推出以来，利用这些设备部署的传感器目前在subGHz物联网(IoT)LPWAN中占比超过2.6亿。但近期，该技术得到了提升，可以在全球2.4GHzISM频段使用LoRa。这开辟了全球物流资产跟踪和工业监控的应用。
在2.4GHz频段中使用LoRa，可以设计单个无线节点或移动网关，来权衡数据速率、传输效率、功耗和范围，而无需为全球市场提供不同的版本。这便能带来生产的规模经济，降低成本，并降低单一产品库存的复杂性。
然而，2.4GHz频段与其他无线网络混杂在一起，从Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、Thread和Matter到专有和自定义链接。所有这些网络都可能产生干扰，但LoRa调制的强大抗噪能力，可以在具有挑战性的环境中提供连接，包括从工业工厂到密集的城市环境。这使得在建筑物和工厂的2.4GHz网络中，可以在低功耗的情况下进行更坚固的连接。
卫星物联网
LoRaWAN®标准最近增强了LoRaWAN设备的一项新功能，称为长程跳频扩频(LR-FHSS)，使低功率直接连接到低地轨道甚至地球静止轨道卫星，为该技术开辟了广泛的新应用。
此外，LR-FHSS通过提高频谱效率进一步提高了抗噪能力，从而提高了网络容量。该协议将每个数据包分解成多个模块，并将它们随机分布在定义的频带带宽上。且它还在以不同频率发送的消息上使用冗余物理标头，以进一步提高调制的抗干扰性。
使用传感器节点连接到这些卫星可以使现有的网络快速而轻松地扩展，而无需分配额外的资本支出和等待地面网络基础设施部署。这项技术实现了地面和卫星网络之间的完全互操作，LoRa和LR-FHSS调制方案可以同时在网关或网络服务器中共存，不同的网关可以在同一网络中共存。
社区邻里网络
另一个有趣的领域是社区拥有的网络的增长和加速。除了商业利益之外，此类网络甚至可以推动解决方案，帮助社区采取更环保的方法。这些点对点网络让公民使用LoRaWAN将本地网关托管到自家的家庭宽带。LoRaWAN的长距离覆盖，意味着某些中小城市可以通过“少数网关”覆盖，从而快速且经济有效地提供覆盖。
随着客户需要，使用多种技术来构建解决方案，物联网的更多互操作性是一个关键趋势，这将导致人们对网络和计算技术的更多认可，将LoRaWAN与其他物联网连接技术、开源代码以及开放硬件结合在一起。
LoRaAlliance®拥有近500家成员公司，从芯片、板、网关和软件供应商到国家和全球卫星网络运营商，是实现这种互操作性的关键。
使用标准的、可互操作的协议可以实现广泛的开放硬件。开发人员可以放心，使用LoRa的设备可以连接到网关，无论是智能建筑、集装箱船还是卫星上。
但问题不仅仅是传感器的硬件和在特定频段运行的收发器，将传感器连接到网关只是故事的一半。这些数据需要被捕获、收集、聚合并转化为可操作的数据。而将这些有价值的数据连接到云，是这些差异技术的一项重大挑战。
在所有这些频段、地面或卫星网络上使用单一协议，以及低成本、低功耗的硬件，可以提供一致的数据模型。这有助于简化基于云的数据管理系统，且无论数据来源如何，都能提供可操作的见解。从数以百万计的设备中提供见解，有助于提高各种流程的效率。
结论
物联网的碎片化是扩展网络的一个主要挑战。有了LoRa，一个单一的开放协议就可以建立一个由硬件、软件和云提供商组成的生态系统。在这个生态系统中，低成本、低功耗的硬件可以在sub-GHz、2.4GHz和卫星频段上运行。这种可互操作的硬件可以将重要数据交付给云系统，从而聚集了许多不同的系统。正是这种提供优化运营所需的洞察力，使供应链、智能基础设施和农村网络在世界各地更加有效。