低功耗广域网LPWAN物联网支撑平台解决方案.pdf

LPWAN 物联网支撑平台 解决方案 目 录 一、项目背景 3 二、产品简介 7 三、设计目标 8 四、应用模式 9 五、系统架构 10 六、平台核心系统 11 七、扩展和对接应用系统 21 八、产品优势 43 一、项目背景 当前，所有设备所需无线网络连接方式有广域和局域两种。局 域连接方式主要为 WiFi 、蓝牙、 Zigbee 、电力载波等，这也是智能 家居、穿戴设备、智能硬件等终端采用的流行网络技术；在广域连接 方面，更多是借助电信运营商提供的蜂窝网络连接，如 GPRS、3G、 4G等，在交通、物流、工业、能源等各行业终端被广泛采用。 然而仍有大量设备需求是现有网络技术无法满足，如水、电、 燃气等计量表、管网、路灯、垃圾站点等公用事业、大面积的畜牧养 殖和农业灌溉、广布局且环境恶劣的气象、水文、山体数据采集，矿 井和偏僻的户外作业等。 这些类型终端联网若采用现有运营商蜂窝网 络，则会遇到问题的有： （1）信号覆盖： 大部分设备布局在人口稀少、 环境复杂的区域， 存在运营商网络覆盖或信号强度不足的问题，无法保障数据稳定传 输； （2）功耗问题：很多设备没有持续电力供应的条件，主要通过 电池供电方式， 若采用运营商网络则需频繁更换电池， 在一些恶劣环 境下也不具备更换条件； （3）经济性问题：此类设备仅需传输极少量的传感器数据，且 传输频率不高， 而当前运营商网络是为高带宽而设计， 采用这一网络 第 3 页 不仅占有网络、码号资源，也会产生不少包月流量费用。 1.LPWAN技术体系 低功耗广域物联网（ LPWAN）技术是近年国际上一种革命性的物 联网接入技术，具有远距离、低功耗、低运维成本等特点，与 WiFi 蓝牙、ZigBee 等现有技术相比， LPWAN真正实现了大区域物联网低成 本全覆盖。而 LPWAN解决了上述 3 个问题，包括：传输距离在复杂的 城市环境中达到 3 公里以上，空旷地域高达 15 公里以上，穿透性较 强，很多恶劣环境下也有信号；支持窄带数据传输，网络通信成本极 低；由于低数据传输速率，基于 LPWAN设备功耗极低，普通一个电池 便可支撑数年甚至十多年。 根据 IDG 的研究，单单 LPWAN技术，到 2023 年前就可以为全球 增加 30 亿的连网数量，基于 LPWAN技术的相关产业在未来将迎来爆 发式增长。 不少公司已开始行动且推动商业化的实现， 目前商用化较 第 4 页 为迅速的是 SigFox 和 LoRa两种 LPWAN技术，另有不少 Nb-IoT 等技 术也在不断研发和商用化过程中。 1）LoRa LoRa技术其和其他远距离低功耗通信技术不同的是， LoRa联盟 推出了完全支持蜂窝物联网应用的 LoRaWAN通信协议。该通信协议能 够很好的处理节点漫游、 基站容量管理、节点鉴权等蜂窝技术的要求， 而且因为其开放性， 全球大量的研发型公司参与其中不断更新修正完 善 LoRaWAN通信协议，使得该通信协议有着自我修复不断进化的能 力。 2)Nb IoT NB-IoT 技术是一种