2020 年 5 月 20 日 - 低功耗廣域網(wǎng)（Low Power Wide Area Network；縮寫(xiě)LPWAN）是為了因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)距離通訊需求而產(chǎn)生的技術(shù)，具有高覆蓋、低功耗和廣域連接等特性，其中Wi-SUN、LoRa、NB-IoT是近年來(lái)比較常被提到的LPWAN技術(shù)。本文將針對(duì)這三種技術(shù)的特性逐一比較。

首先，簡(jiǎn)單介紹Wi-SUN。Wi-SUN聯(lián)盟成立于2012年，是一個(gè)由業(yè)界公司組成的全球非營(yíng)利性組織，全球會(huì)員250家以上，包括Cisco思科、ARM安謀 、Itron埃創(chuàng)、東京電力公司、貴州濎通芯物聯(lián)技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱濎通芯）、海興電力、深圳長(zhǎng)城開(kāi)發(fā)、銀河電力、寧波三星電器、利爾達(dá)、浙江方大智控、中慧微電子、思達(dá)儀表等。Wi-SUN聯(lián)盟的使命是利用開(kāi)放式全球標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4g（智慧公用網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范），致力推動(dòng)智慧電網(wǎng)以及智慧城市應(yīng)用的發(fā)展性。

2018年10月，Wi-SUN聯(lián)盟宣布推出戶外局域網(wǎng)絡(luò)Wi-SUN FAN（Field Area Network）認(rèn)證計(jì)劃，認(rèn)證通信產(chǎn)品的互操作性，計(jì)劃所認(rèn)證的設(shè)備可被用于智能公用事業(yè)、智能城市和其他物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的廣域大規(guī)模戶外網(wǎng)絡(luò)。Wi-SUN FAN的應(yīng)用主要面向于大型場(chǎng)域中的設(shè)施，如智慧電網(wǎng)、智能路燈等，讓公共設(shè)施連網(wǎng)到相同場(chǎng)域網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)互操作性。Wi-SUN FAN認(rèn)證計(jì)劃由Wi-SUN聯(lián)盟主導(dǎo)，為大規(guī)模的戶外網(wǎng)絡(luò)提供通信基礎(chǔ)設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高性能且低功耗的長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)。

 Mesh網(wǎng)狀組網(wǎng)

根據(jù)中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所周明拓博士從無(wú)線傳輸技術(shù)的角度發(fā)表「LPWAN低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)比較：Wi-SUN、LoRaWAN、NB-IoT」演講中整理了一個(gè)此三種技術(shù)的比較表，

由上表中我們可以發(fā)現(xiàn)Wi-SUN技術(shù)與LoRaWAN與NB-IoT之主要不同在于其Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，另兩者的網(wǎng)絡(luò)都屬于Star星型網(wǎng)絡(luò)。Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于傳輸?shù)目偩嚯x較長(zhǎng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率較低，多路徑以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的通信質(zhì)量。Wi-SUN采用Mesh組網(wǎng)方式，可跳23級(jí)，提升了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋距離與范圍，如果以單跳距離在空曠區(qū)域1公里以上的通訊距離來(lái)算，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍可達(dá)20公里。

Wi-SUN甚至具優(yōu)異的抗干擾能力，因?yàn)槠渚哂兄鲃?dòng)隨機(jī)數(shù)跳頻（channel hopping）機(jī)制，對(duì)于環(huán)境中的各種噪聲干擾提供了一個(gè)良好的閃避機(jī)制，同時(shí)也讓頻道的使用更有效率。

基此，Wi-SUN的Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)具備自動(dòng)組網(wǎng)（self-organizing network）與自愈修復(fù)（self-healing）功能，應(yīng)用在實(shí)際的安裝環(huán)境中，自動(dòng)組網(wǎng)能讓每個(gè)設(shè)備都與其鄰居連接和合作，隨著更多設(shè)備添加，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)變得更強(qiáng)大和更有彈性，新添加設(shè)備時(shí)，會(huì)自動(dòng)找其鄰居，以找到更多可靠連接。而自愈修復(fù)功能則發(fā)揮在停電中斷，端點(diǎn)將自動(dòng)找到備用路徑；網(wǎng)絡(luò)如發(fā)生變化（如新增建筑物），網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)應(yīng)答等。

 企業(yè)級(jí)資安防護(hù)

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代存在著每一連網(wǎng)設(shè)備都是資安泄漏節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題，Wi-SUN技術(shù)的第二個(gè)優(yōu)勢(shì)即是提供企業(yè)級(jí)資安防護(hù)。在物聯(lián)網(wǎng)中采用IP技術(shù)需要大量的IP地址資源，歐洲網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)中心(RIPE NCC)在2019年11月26日發(fā)布訊息公告 IPv4全球所有43億個(gè)地址已全部分配完畢。IPv6 (Internet Protocol version 6) 是取而代之的下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，IPv6能夠提供足夠的地址資源，滿足點(diǎn)到點(diǎn)的通信和管理需求，同時(shí)提供地址自動(dòng)配置功能和移動(dòng)性管理機(jī)制，同時(shí)可識(shí)別網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，方便網(wǎng)絡(luò)管理者隨時(shí)找到它們，便于部署節(jié)點(diǎn)。

Wi-SUN FAN特性是支持IPv6協(xié)議，能實(shí)現(xiàn)基于IP的設(shè)備身份驗(yàn)證與加密通信，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都儲(chǔ)存一個(gè)受信任的加密數(shù)字證書(shū)，用以證明節(jié)點(diǎn)確實(shí)被授權(quán)與網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備通信，嚴(yán)格的檢驗(yàn)流程可確保網(wǎng)絡(luò)不被蓄意安插節(jié)點(diǎn)，或者設(shè)備沒(méi)有被人為篡改或安裝惡意軟件，有效提升網(wǎng)絡(luò)安全性。

Wi-SUN FAN擁有完整的協(xié)議棧，它運(yùn)用強(qiáng)大的AES(Advanced Encryption Standard)鏈接層安全功能提供封包加密，并且運(yùn)用IETF EAP-TLS做入網(wǎng)認(rèn)證，及以IEEE 802.11i做密鑰管理，這意味著Wi-SUN FAN網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)不僅有訊息加密和真實(shí)性檢查，而且在入網(wǎng)前還需進(jìn)行身份驗(yàn)證。

 長(zhǎng)距離傳輸：10公里，50kbs

Wi-SUN的物理層單跳傳輸距離，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)，再運(yùn)用Friis Equation推估，在傳送端天線距地10公尺的情況下可傳輸至10公里（50kbs）；濎通芯在空曠海岸線，以其Wi-SUN解決方案，在傳送端天線距地3公尺，接收端天線距地2公尺情況下實(shí)際測(cè)試，傳收距離1.55公里實(shí)際測(cè)試，通訊穩(wěn)定，link budget 尚余15dB ，可拉至更遠(yuǎn)距離。

 可擴(kuò)展性，Wi-SUN可兼容數(shù)百萬(wàn)臺(tái)設(shè)備

在布建智能電表時(shí)，可擴(kuò)展性也是一重大考慮因素，只有Wi-SUN因?yàn)橥瞥龌诠_(kāi)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4g?、IETF IPv6 協(xié)議的Wi-SUN FAN認(rèn)證機(jī)制，使得所有經(jīng)過(guò)Wi-SUN FAN認(rèn)證的產(chǎn)品接能進(jìn)行互聯(lián)互通、擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。

LoRaWAN在初始網(wǎng)絡(luò)布建時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展可能需要增加新的網(wǎng)關(guān)，或者在一開(kāi)始就過(guò)度配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備因而付出過(guò)多潛在成本。此外，在人口密集城市環(huán)境中，眾多LoRaWAN接口設(shè)備將互相干擾。

相較之下，電信營(yíng)運(yùn)商推廣時(shí)程是采用NB-IoT的限制因素。客戶必須等待網(wǎng)域覆蓋完成，且參照先3G和4G的經(jīng)驗(yàn)，推廣時(shí)程可能會(huì)很緩慢且網(wǎng)域覆蓋范圍不完整。

 OTA遠(yuǎn)程升級(jí)

Wi-SUN FAN由于傳輸速率高可支持OTA（over the air）遠(yuǎn)程軟件、韌體升級(jí)，減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作；亦可遠(yuǎn)程診斷，和預(yù)測(cè)性維護(hù)，降低營(yíng)運(yùn)成本。

相較之下，LoRa則較不易進(jìn)行OTA遠(yuǎn)程韌體更新。

 濎通芯W(wǎng)i-SUN無(wú)線傳輸芯片介紹

物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)通信芯片設(shè)計(jì)公司濎通芯，致力擴(kuò)展其Wi-SUN FAN 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、可靠性和可擴(kuò)展性，以滿足智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的需求。

濎通芯是Wi-SUN系統(tǒng)單芯片和網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì)的領(lǐng)導(dǎo)廠商，其產(chǎn)品VC7300已經(jīng)獲得Wi-SUN FAN認(rèn)證，包括FAN PHY、FAN Router、FAN Border Router（Wi-SUN FAN產(chǎn)品出貨必須具備的三種認(rèn)證），能實(shí)現(xiàn)基于Wi-SUN FAN的千點(diǎn)以上自動(dòng)組網(wǎng)，同時(shí)能與其他Wi-SUN FAN認(rèn)證設(shè)備互聯(lián)互通，協(xié)助客戶的通訊模塊、智能網(wǎng)關(guān)與終端產(chǎn)品快速取得Wi-SUN FAN認(rèn)證，導(dǎo)入市場(chǎng)。

濎通芯的Wi-SUN無(wú)線解決方案能夠支持 Wi-SUN FAN 1.0規(guī)范，并能與其他Wi-SUN FAN認(rèn)證設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接和交互操作，應(yīng)用領(lǐng)域包括計(jì)量表、路燈、智能城市、公用事業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的傳感器等。

濎通芯VC7300系列的主要特性和優(yōu)點(diǎn)：

? 遠(yuǎn)程和長(zhǎng)距離 - 單跳端到端視線傳輸距離大于10km (數(shù)據(jù)速率50kbps); 多跳網(wǎng)絡(luò)傳輸距離大于數(shù)十km (數(shù)據(jù)速率可達(dá)300kbps)。

? 可擴(kuò)展性 - IPv6/ 6LowPAN 增強(qiáng)了傳感器網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和移動(dòng)性。

? 強(qiáng)大的安全性 - 從云端到終端的 5 級(jí)企業(yè)級(jí)安全機(jī)制

? 遠(yuǎn)程韌體升級(jí) - 雙向通訊互動(dòng)、互聯(lián)互通

? 自組網(wǎng)/自修復(fù)網(wǎng)絡(luò) – 千點(diǎn)以上網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)連網(wǎng)分級(jí)拓樸。

? 干擾容差 - 通道跳頻，出色的選擇性，對(duì)防敏感干擾具有高度抗性。

? 載波偏移容差 - 在大載波頻率漂移時(shí)性能非常穩(wěn)定。

? 認(rèn)證和互操作性 - Wi-SUN FAN

? 低延遲/快速響應(yīng) - Sub-GHz RF 的延遲小于 20ms

? 省電模式 - 睡眠模式下功耗小于 2uA，在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)中電池壽命長(zhǎng)達(dá) 15年以上。

濎通芯營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)副總裁鐘杰輝表示濎通芯的一代無(wú)線通信單芯片VC7300 無(wú)線解決方案已獲得 Wi-SUN FAN 1.0 認(rèn)證，并成功整合至模塊、終端產(chǎn)品中進(jìn)行互聯(lián)互通。VC7300使用FSK調(diào)制技術(shù)，傳輸速率達(dá)到300 kbps。濎通芯持續(xù)深化Wi-SUN FAN技術(shù)能量，率先業(yè)界推出新一代Wireless SoC VC7351，工程樣片已實(shí)現(xiàn)IEEE802.15.4x 高的2.4 Mbps Sub-GHz OFDM物理層速度，高私有通迅速率可達(dá)3.6 Mbps，成為傳輸速度快的微功率無(wú)線Sub-GHz OFDM SoC，并可支持Wi-SUN FAN廣域網(wǎng)絡(luò)，在Sub-GHz無(wú)線ISM頻段中具出眾

地位，是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和傳感應(yīng)用的完美解決方案。。

關(guān)于杭州聯(lián)芯通半導(dǎo)體有限公司

杭州聯(lián)芯通半導(dǎo)體有限公司成立于2020年，是一家長(zhǎng)距離、大規(guī)模、自動(dòng)組網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)通信芯片與軟件設(shè)計(jì)公司，為智能能源、智能城市、智能住宅、智能傳感市場(chǎng)應(yīng)用提供了高可靠、低成本、低功耗的無(wú)線Wi-SUN、高中低速有線 PLC與無(wú)線有線融合雙模通信方案，目標(biāo)成為廣域大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)通訊芯片與組網(wǎng)軟件解決方案的領(lǐng)航者。