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          物聯(lián)網(wǎng)如何選擇無線通訊技術(shù)才能獲得最佳投資回報(bào)?

          發(fā)布人:leondai78 時(shí)間:2023-04-16 來源:工程師 發(fā)布文章

          物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)最大的問題是什么? 一言以蔽之就是物聯(lián)網(wǎng)市場的“看得見、摸不著”。人們可以輕松看到物聯(lián)網(wǎng)的巨大需求,深入人心的“萬物互聯(lián)”描繪了物聯(lián)網(wǎng)普及后的美好世界,物聯(lián)網(wǎng)市場顯而易見可稱得上巨無霸,遠(yuǎn)比互聯(lián)網(wǎng)(包括移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng))市場龐大。 但現(xiàn)實(shí)是,雖然有海量的需求, 但大多數(shù)無法得到滿足, 而不能被滿足的需求不是有效需求。1457427349-3392-iot-0ver-1520

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          為什么大多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)需求無法得到滿足呢?我們可以很容易排除掉功能性原因,現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)幾乎可以實(shí)現(xiàn)所有的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的功能。既然功能實(shí)現(xiàn)沒有問題,需求也在,那么最大的可能就是投資回報(bào)(ROI)的問題。

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          物聯(lián)網(wǎng)大多數(shù)應(yīng)用的個(gè)體價(jià)值比較低,白話說就是人們?cè)敢鉃榱撕芏辔锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用支付的對(duì)價(jià)比較低,這就導(dǎo)致了很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的投資回報(bào)很低,往往低到投資收益低于投資成本的程度,從市場的角度看,自然不會(huì)有人愿意投資。所以現(xiàn)階段只有少量高價(jià)值物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用(投資成本高,但投資收益也大,能夠產(chǎn)生正投資回報(bào),例如一些工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用)、政府補(bǔ)貼類應(yīng)用(非市場化)以及建網(wǎng)成本低廉的抄表類應(yīng)用(雖然投資收益不大,但收益于LoRa、NB-IoT等LPWAN技術(shù),投資成本更低,能夠產(chǎn)生正投資回報(bào))有比較好的發(fā)展,更多的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用由于投資回報(bào)低而無法市場化。

          因此,物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)最大的問題就是投資回報(bào)不足以讓大量潛在需求變成有效需求。 物聯(lián)網(wǎng)的核心在于“聯(lián)”,因此,“聯(lián)”接部件是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最重要的部件, 顯而易見,無線連接將是物聯(lián)網(wǎng)“聯(lián)”接中最主要的形式。千米電子正式從這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的部件著手,根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的通訊特點(diǎn), 歷經(jīng)七年, 成功研發(fā)了能夠最大程度解決投資回報(bào)不足問題的LaKi超低功耗實(shí)時(shí)廣域網(wǎng)技術(shù)。

          LaKi, 是英文Last Kilometer IoT Coverage(最后一公里物聯(lián)網(wǎng)覆蓋)中的前兩個(gè)單詞中的La和Ki的組合,讀音和Lucky相同, 顧名思義,這是一種專注于物聯(lián)網(wǎng)最后一公里海量終端覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)新無線通訊技術(shù)。

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          LaKi是目前唯一一個(gè)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)廣覆蓋、低功耗和低時(shí)延三大關(guān)鍵特性的無線通訊技術(shù)。這三大關(guān)鍵特性直接關(guān)系到?jīng)Q定物理****資回報(bào)核心:廣覆蓋降低了網(wǎng)絡(luò)成本, 低功耗則降低了終端成本,這使得物聯(lián)網(wǎng)的投資成本得到最大限度的降低; 低時(shí)延則提升了網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用價(jià)值,這是提升投資收益的最關(guān)鍵手段。 可見, 同時(shí)滿足這三大關(guān)鍵特性, 就是從降低投資成本、提高投資收益上雙管齊下,使得投資回報(bào)最大化。

          • 廣覆蓋包含了大用戶處理能力(有時(shí)被稱為并發(fā)容量)和長通訊距離, 使得****的覆蓋范圍很廣、能夠接入的有效終端數(shù)量更多, 無疑會(huì)大幅降低網(wǎng)絡(luò)成本。

          • 低功耗是物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)的非常重要的特性, 因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)終端數(shù)量大, 不能自我維護(hù),很多地方不具備接電條件, 因此無源或者低容量電池長期續(xù)航就非常必要,是終端低總體成本的必要保障。

          • 低時(shí)延則對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用適應(yīng)性至關(guān)重要, 什么是應(yīng)用適應(yīng)性? 就是網(wǎng)絡(luò)適合承載應(yīng)用的種類、數(shù)量的多少, 網(wǎng)絡(luò)能夠承載的應(yīng)用種類越多、數(shù)量越多, 我們說這個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)用的適應(yīng)性越好。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用種類繁多,對(duì)時(shí)延的要求也千差萬別,但低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)可以輕松承載高時(shí)延應(yīng)用, 但高時(shí)延網(wǎng)絡(luò)卻無法承載低時(shí)延應(yīng)用,低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)要比高時(shí)延網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛得多。 LaKi的時(shí)延可低至毫秒級(jí),且?guī)捀哌_(dá)1MHz, 可很好地承載中低速物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,而根據(jù)麥肯錫的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)報(bào)告, 物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)90%以上的應(yīng)用是中低速應(yīng)用, 因此, 我們可以說LaKi能夠滿足90%以上的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的連接需求,LaKi的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用價(jià)值非常高。

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          但要讓無線技術(shù)要同時(shí)實(shí)現(xiàn)三大關(guān)鍵特性,難度很大,這也是為何現(xiàn)階段沒有更多的技術(shù)能夠做到的根本原因。 為什么很難?我們簡要地解釋一下。

          • 廣覆蓋意味著長距離通訊和較高的帶寬(否則用戶處理能力不足),無線通訊的距離跟****功率是正相關(guān)的,更遠(yuǎn)的通訊距離就意味著更大的功耗; 較高的帶寬則會(huì)引入更多的噪音, 會(huì)降低信號(hào)傳輸過程中的信噪比(SNR),會(huì)降低有效通訊距離。 因此,廣覆蓋和低功耗是矛盾的,并且廣覆蓋需要降低帶寬

          • 低時(shí)延通訊就意味著更多的工作時(shí)間,對(duì)于時(shí)分系統(tǒng)而言, 低時(shí)延也意味著更高的帶寬。更多的工作時(shí)間使得功耗增加,實(shí)現(xiàn)低功耗難度大; 更高的帶寬使得信噪比(SNR)降低從而降低了通訊距離,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊又成了難題。 因此,低時(shí)延和低功耗是矛盾的,并且低時(shí)延也需要提高帶寬。更多的工作時(shí)間使得功耗增加,實(shí)現(xiàn)低功耗難度大; 更高的帶寬使得信噪比(SNR)降低從而降低了通訊距離,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊又成了難題。 因此,低時(shí)延和低功耗是矛盾的,并且低時(shí)延也需要近可能高的帶寬。

          可見,廣覆蓋和低時(shí)延都是低功耗的天敵。而對(duì)帶寬來說,如果關(guān)注長距離通訊,則需要盡量降低帶寬; 如果關(guān)注低時(shí)延通訊,則需要盡量提升帶寬。因此,*通訊距離、帶寬、功耗是技術(shù)設(shè)計(jì)和研發(fā)所必須要考慮的三個(gè)最關(guān)鍵參數(shù)。*

          市場上常見的物聯(lián)網(wǎng)無線通訊技術(shù)都追求低功耗,這也是大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所必需的特性。 在追求低功耗的前提下, 這些技術(shù)根據(jù)其主要應(yīng)用場景,對(duì)通訊距離和帶寬這另外兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)展開設(shè)計(jì), 因此出現(xiàn)了短距離通信技術(shù)如藍(lán)牙(BLE)、ZigBee等,長距離通訊技術(shù)如LoRa、NB-IoT、SigFox等。

          藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用非常廣泛,可以說是目前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的最主要無線技術(shù),據(jù)說藍(lán)牙的市場份額高達(dá)80%,主要是因?yàn)樗膸挶容^高,達(dá)1MHz,因此可以獲得比較低的通信時(shí)延;功耗也做到了極致,能夠使用鈕扣電池長期續(xù)航,但為了獲得上述優(yōu)勢,藍(lán)牙犧牲了通訊距離, 只能通訊數(shù)米到數(shù)十米。ZigBee則把帶寬降低到250KHz,距離上比藍(lán)牙好一點(diǎn),但為了保持低功耗也只能通訊一兩百米。這些短距離技術(shù)的功耗足夠低、帶寬也足夠, 但通訊距離的限制使得他們只能小范圍、小規(guī)模部署。從藍(lán)牙能夠獲得比較大的市場份額可以看出來, 帶寬、低時(shí)延是很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所需要的。

          LoRa和NB-IoT則為了能夠通訊足夠長的距離而采用了低帶寬(一般250kHz以內(nèi)),一定程度上保障了較遠(yuǎn)的通訊距離,但這種提升依然無法滿足低成本組網(wǎng)對(duì)通訊距離的極致追求,所以,實(shí)際應(yīng)用中不得不把****電流提高到數(shù)十到數(shù)百毫安以獲得更遠(yuǎn)的通訊距離,動(dòng)輒數(shù)十到數(shù)百毫安的工作電流表明他們已不是真正的低功耗技術(shù), 而又為了獲得低功耗,不得不大幅降低工作時(shí)間,讓物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備處于長時(shí)間的休眠之中,而設(shè)備在休眠時(shí)實(shí)際是離線的。SigFox更是根據(jù)其設(shè)計(jì)目標(biāo)——抄表類應(yīng)用——而把帶寬設(shè)計(jì)到只有100Hz的程度。 這些長距離技術(shù)雖然通訊距離足夠長, 使得網(wǎng)絡(luò)部署成本比較低, 但低帶寬、長休眠卻嚴(yán)重限制了應(yīng)用的種類和終端的數(shù)量,使得網(wǎng)絡(luò)只能適應(yīng)少量的應(yīng)用,只能承載少量終端, 嚴(yán)重削弱了網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值。

          正是因?yàn)檫@些市場上常見的無線通訊技術(shù)無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)三大關(guān)鍵特性,物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)出現(xiàn)了一個(gè)很多人認(rèn)可的通識(shí):要想獲得最好的投資回報(bào),需要根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景來選擇合適的無線技術(shù),選擇方法就是對(duì)三大關(guān)鍵特性的權(quán)衡取舍從而決定使用何種技術(shù),這就必然無法獲得最優(yōu)的投資回報(bào)。

          我們說LaKi很好地同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廣覆蓋、低時(shí)延和低功耗這三大關(guān)鍵特性,可不是說說而已, 而是通過LaKi已經(jīng)量產(chǎn)的射頻SoC芯片的實(shí)際測試結(jié)果得出的結(jié)論。 下面列舉用LaKi射頻SoC制作的標(biāo)準(zhǔn)模組測試而得到的實(shí)際數(shù)據(jù):

          在車輛比較少的城市直道上, 兩個(gè)外接4.5dBi增益的膠棒天線的標(biāo)準(zhǔn)模組分別作為****方和接收方,離地高度均在1.5米-2米之間, ****方采用最大的****功率5dBm(此時(shí)電流5.9mA)可以有效通訊, 接收方可以在1.5公里以外接收到數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)有效通訊;在有效通訊距離1公里以上,監(jiān)聽周期1秒,每天****30次200字節(jié)的通訊模型中,年功耗在30-60mAh(是NB-IoT或LoRa同等通訊情況下的數(shù)百分之一),可以用低容量鈕扣電池實(shí)現(xiàn)長期續(xù)航。

          LaKi射頻SoC的帶寬高達(dá)1MHz,數(shù)據(jù)速率最高達(dá)近1Mbps,共有64個(gè)信道, 單信道每秒種可以處理2000個(gè)以上的終端數(shù)據(jù),網(wǎng)絡(luò)處理能力很強(qiáng),也就是并發(fā)用戶容量很大。

          可見, LaKi的功耗、時(shí)延和帶寬等堪比藍(lán)牙,但同功率下的通訊距離卻有近百倍的增加; 覆蓋能力堪比LoRa、NB-IoT,但低時(shí)延通訊下的遠(yuǎn)距離通訊功耗卻降低了兩到三個(gè)數(shù)量級(jí)!足見LaKi技術(shù)已經(jīng)很好地實(shí)現(xiàn)了同時(shí)滿足廣覆蓋、低功耗和低時(shí)延的三大關(guān)鍵特性。

          同時(shí)滿足三大關(guān)鍵特性也是物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施核心技術(shù)的必要條件, 因此LaKi也可以作為建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。很多人認(rèn)為泛在物聯(lián)網(wǎng)是萬物互聯(lián)時(shí)代必需的基礎(chǔ)設(shè)施,如何建成泛在物聯(lián)網(wǎng)呢? LaKi提供了一個(gè)低成本的、快速的建設(shè)方案:

          新建一張LaKi網(wǎng)絡(luò),用于承載90%以上的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,以獲得最好的投資回報(bào);利用現(xiàn)有的蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(手機(jī)網(wǎng)絡(luò))承載剩下的應(yīng)用,這類應(yīng)用一般對(duì)速率的要求比較高,應(yīng)用價(jià)值比較高,能夠負(fù)擔(dān)蜂窩網(wǎng)絡(luò)較高的成本。 這種組合基本就已經(jīng)涵蓋了幾乎所有種類的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,且只需要新建LaKi一張網(wǎng)絡(luò)。 而LaKi網(wǎng)絡(luò)的成本非常低, 以上海為例, 覆蓋上海全域6340.5平方公里的LaKi網(wǎng)絡(luò)最多只需要10000個(gè)****, 每個(gè)****成本不超過1000元人民幣, 這樣,只需要不超過1000萬元的硬件成本就可以建成覆蓋上海全域的泛在物聯(lián)網(wǎng)。

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