SubGHz, LoRaWAN, NB-IoT, 物联网

名字很长，和这次上海疫情封控时间一样长。不过内容却不多，

• NB-IOT介绍
• SubGHz 和 LoRaWAN 介绍
• IoT架构介绍

在说起NB-IOT，LoRaWAN 之前，先看个定义低功耗广域物联网（LPWAN）.

在智能家居、工业数据采集等局域网通信场景一般采用短距离通信技术，但对于广范围、远距离的连接则需要远距离通信技术。LPWAN技术正式为满足物联网需求应运而生的远距离无线通信技术。

LPWAN（low power wide area network），低功耗广域网络，专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计。LPWAN可分为两类：

一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术；

一类是工作于授权频谱下，3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术，比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

低功耗广域物联网（LPWAN）作为物联网行业中最重要的技术之一，正以年复合增长率90%的惊人速度增长。根据Global Market Insights的相关研究报告显示，到2027年LPWAN市场规模将超过800亿美元。

授权频谱阵营中以NB-IoT技术为首；而在非授权频谱阵营中则以LoRa技术马首是瞻。

NB-IOT

上文说NB-IoT工作于授权频谱下，基于3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术， NB-IOT无须重新建网络，可以直接部署。这不上个月体验了一下NB-IoT门磁技术。下图是志愿者在送物资上门后拍的照片（看左下角）。志愿者通知后可以开门取一次。然后联动的派出所和辖区防控人员会收到一次通知。即装即用，和手机卡一样方便。


NB-IOT信号通过蜂窝网络基站连入云端，由云端处理并推送到联动的指挥中心。所以NB-IoT也往往是直接连入的电信，移动，联通的云服务。

在芯片层面，在物理层上下行采用OFMDA，上行采用SC-FMDA， 与LTE基本一致，但比LTE简化很多，这对芯片的研发及产量有很多好处。国内最主流的芯片厂商应该是友商。

一张图看尽NB-IOT的NB之处：

海量接入：相同基站覆盖条件下，NB－IoT 技能是其它无线技能接入数的 50 至 100 倍，现有NB-IoT网络单小区基站可接入5万个终端设备，这样的超大连接能使物联网真正做到“万物互联”。

功耗较低：NB-IoT有三种不同的省电模式：PSM模式、DRX模式、eDRX模式，设备可以根据自己的需求选择省点模式，达到功耗最小的目的，可以延长电池的使用寿命，在针对许多使用电池供电的设备和局面，NB－IoT 的低功耗特性能够保证设备续航时间，从几个月大幅提升到几年，因此大大降低了频繁更换电池带来的不便。

覆盖超强：NB－IoT 的覆盖能力是 LTE 的 100 倍。NB-IoT网络具有超大覆盖范围与超强穿透能力，这样不但能够满足地广人稀地区的大范围覆盖需求，同样适用于对深度覆盖有要求的地下应用。

成本低廉：NB-IoT支持在现有的LTE网络上改造，大大的降低了网络建设成本，NB－IoT 无需重新建网，射频和天线也基本上都能够复用。再 NB－IoT 低功耗、低带宽和低速率的特性，同样降低了芯片和模组成本。

SubGHz, LoRa, LoRaWAN

SubGHz 顾名思义，低于1GHz。Sub-GHz是长距离和低功耗通信的理想选择。无线传播与频率成反比，在低功耗、长距离通信或穿墙能力上，sub-GHz射频更有优势。对于许多应用，433MHz成为2.4GHz的全球替代品（但日本不允许其用于无线应用）。基于868MHz和915MHz的设计可用于美国和欧洲市场。有许多可用的无需授权或需要授权的频段，对于系统集成商来说，既可选择在某些特定区域进行性能优化，或者配合公共事业公司在广阔区域设计系统。在这种多样化中，与2.4GHz频段相比，sub-GHz频段频谱干扰更少。干扰较少的频段能提高网络的整体性能，减少传输中的重传次数。

LoRa作为一种无线技术，基于Sub-GHz的频段使其更易以较低功耗远距离通信，可以使用电池供电或者其他能量收集的方式供电。较低的数据速率也延长了电池寿命和增加了网络的容量。LoRa信号对建筑的穿透力也很强。LoRa的这些技术特点更适合于低成本大规模的物联网部署。在城市里，一般无线距离范围在1~2公里，郊区或空旷地区，无线距离会更远些.

LoRaWAN 是基于LoRa无线技术的MAC层。

LoRaWAN 是开放式网络协议，可提供由 LoRa Alliance 标准化和维护的安全双向通信、移动性和本地化服务。

相比较与NB-IOT借助于蜂窝网络，LoRa在非授权频谱阵营中. 因此LoRa想要接入物联网，便需要“Gateway”. 如下图：

Gateway 将来自LoRa网络的数据转发到主干网络，入云。

既然入云，那gateway的实现便和所连接的云紧密相关。入谁的云，便用谁的SDK（开发套件）。

国内的云有阿里，腾讯，百度，华为等。

国际上的主要是亚马逊AWS，微软Azure, 以及Google GCP.

IoT 网关实现

说来话长，先看一张微软的图

后续篇幅再学习如何再树莓派上实现一个物联网网关。