LPWAN技术的特点及应用

LPWAN(低功耗广域网)，也称为LPWA)或LPN，是一种用于物联网(例如，以电池为电源的传感器)的类型，这是一种能够以低比特率进行远距离通信的无线网络。LPWAN可以同时满足覆盖和续航的要求。以最小的功耗提供最长的距离覆盖是LPWAN最大的技术优势。

3个LPWAN技术的特点

LPWAN技术是近年来国际上一项物联网接入的革命性技术。远距离、低功耗、低运维是LPWAN技术最大的特点。与现有的WiFi、蓝牙、ZigBee等技术相比，LPWAN真正实现了广阔的发展，并且能够实现物联网的低成本完全覆盖。

1广域覆盖

LPWAN技术使物联网设备之间的通信距离达到3-20公里。低功耗LPWAN技术的运用，让数据可以在智能城市中进行长距离传输。

2低功耗

使用LPWAN的主要优势之一是低功耗。有了LPWAN，当不使用物联网设备时，设备会自动进入休眠模式。并且物联网设备处于休眠模式时耗电非常少，所以这一优势有助于节省电力。低功耗和低使用率又引起连锁反应，使用LPWAN的这些物联网设备的电池寿命预计为5到10年。

3降低成本

LPWAN技术的运用大大降低了物联网设备的相关成本。低功耗的特点让物联网设备可以使用电池成本降低，物联网设备的成本也相应减少。除此之外，设备的维护成本也得到的了大幅降低。此外，通过LPWAN传输数据的网关数量将相应减少，从而进一步降低基础设施成本。

LPWAN在智慧城市上的应用

3种LPWAN的主流技术

LPWAN技术是一种无线通信解决方案，它可以解决许多以前无法解决的需求，但目前的LPWAN市场上已经出现了各种类型的技术。目前市场上主要的LPWAN技术包括NB-IoT、eMTC、LORA。

NB-IoT是物联网领域的一项新兴技术，支持广域网中低功耗设备的蜂窝数据连接。它也称为低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持设备有效连接，待机时间长，对网络连接要求高。据称，NB-IoT设备的电池续航时间可以提高到至少10年。

eMTC作为物联网的一种应用场景。它具有超可靠和低延迟的特点。eMTC主要应用在设备之间的通信需求上。

Lora是一项专有技术， Semtech为其提供芯片。Lora技术改变了以往在传输距离和功耗之间的折衷，为用户提供了一个简单的系统，可以实现远距离、长续航、大容量，进而扩展传感器网络。

目前，与NB-IoT相比，LORA 无线模块 是目前最成熟、最稳定的窄带物联网通信技术。它的免费网络专用网络远远优于运营商持续不断收费的NB网络，而且LoRa不需要终生付费。然而，LORA在物联网通信发展中的应用难度大、长期性强、准入门槛高。运营商将采用NB-IoT和eMTC，而Lora将专注于企业级应用。

3种LPWAN技术应用场景

LPWAN技术能够在智慧城市的建设中起到举足轻重的作用。例如，智能路灯、湿度传感器、智能电表和智能停车场不需要很高的数据速率，但需要非常广泛的覆盖。特别是在停车管理、智能冷链、智能抄表等方面。

LPWAN的应用

LPWAN技术在智能抄表中的应用

在智能抄表解决应用中，水、电、气、热等抄表终端通过LoRaWAN通信模块将数据上传到本地LoRaWAN基站，该模块可以控制一个LoRaWAN基站的数千个终端，然后通过蜂窝骨干网，将数据上传到服务器。

LPWAN技术在智能冷链中的应用

在智能冷链解决方案中，温湿度信息由具有LORA传输模块的各个采集器采集，然后上传到LORA网关，蜂窝网络和互联网上传到云平台，客户可以在后台实时监控状态。

LPWAN技术在智能路灯中的应用

在智能路灯解决方案中，LoRaWAN解决方案的架构类似于抄表。需要通过基站采集各个节点的数据，然后通过后台管理系统上传到云端，实现路灯故障报警、安全监控、紧急呼叫等功能。

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2）射频性能，这样通信距离远。锐米 RGWC490LA 发射功率=2633dBm，频偏为 77ppm，接收灵敏度=-14135dBm，极为优秀。

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1、大大的改善了接收的灵敏度，降低了功耗。

高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里(与环境有关)。其接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，这大大延迟了电池的使用寿命。

2、基于该技术的网关/集中器支持多信道多数据速率的并行处理，系统容量大。

如图2所示，网关是节点与IP网络之间的桥梁(通过2G/3G/4G或者Ethernet)。每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信(假设每次发送10Bytes，网络占用率10%)。如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率20dBm(100mW)，那么在建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10公里。

3、基于终端和集中器/网关的系统可以支持测距和定位。

LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication)，而定位则基于多点(网关)对一点(节点)的空中传输时间差的测量。其定位精度可达5m(假设10km的范围)。

这些关键特征使得 LoRa技术非常适用于要求功耗低、距离远、大量连接以及定位跟踪等的物联网应用，如智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市、智慧社区等等应用和领域。

多年来，人们一直对广域网模拟器保有高度关注。广域网模拟器是一种设备，可让您在局域网中模拟出广域网环境，我们也称它为网络损伤仪。

局域网又快又好，广域网又慢又迟钝。在局域网中表现良好的应用程序一旦运行在广域网上，可能就会出现各种各样的问题，给用户带来糟糕的体验。

现如今，这些问题随着广域网越来越复杂而变得更加突出。与传统 WAN 不太一样的是，现在各种各样的网络共同构成了广域网，如：2G、3G、4G、5G、卫星、云、MPLS、专用电路、互联网、LoRaWAN 等。因此，“ WAN 模拟器”已演变为更通用的“网络模拟器”。

虽然广域网的组成变复杂了，但是在 LAN 中运行良好的应用程序在非 LAN 网络（例如 4G 网络）中可能会很糟糕，这仍然是绝对正确的。

因此，网络损伤仪的工作重点是经过一系列的测试，让您能够确定您的应用程序是否已经可以完美地适应真实多变的广域网。无论广域网环境有多糟糕，您的应用程序依然能保持正常运作。与在真实的广域网中测试，使用网损伤仪进行测试，节省了大量时间和成本。

网络损伤仪是一件神器，但是如何挑选适合自己产品的网络损伤仪呢？我们需要从以下7个方面来考虑。

这个问题乍一看很奇怪，但实际上非常重要。在产品发售之前，您的应用程序可能已经在实时网络、测试或开发环境中运行测试过了。在测试实验室环境下，您可以给应用程序建立一条专属的网络线路，给它安排许多测试用例。但是当我们通过网络损伤仪来对应用程序进行测试时，我们不应该再为应用程序建立单独的链路。相反，我们要将网络损伤仪串接在测试网络中。网络损伤仪应该可以适应和桥接不同的路由；支持NAT，可以识别静态和动态路由；可以串接在各种不同网络类型之间。只有这样，我们才能将网络损伤仪轻松的插入我们现行的网络中，并且做到对现有的环境干扰最小甚至做到无干扰。

我使用过很多产品，有些经常在用，有些则用得比较少。但是，坦率地说它们都很难使用。这导致我每次使用这些产品都非常痛苦。特别是一些不经常用到的产品，每次使用都要重新回想一下使用方式，这使得产品变得更加难用。

一款简单好用的网络损伤仪首先应该做到的是简单易用。我们可以从以下几方面来评估网络损伤仪是否易用：

在与一些用户交谈时，我发现一款网络损伤仪能提供的损伤数量往往会是客户最先考虑而且起到决定性作用的因素，例如产品 X 有 200 个损伤类型，产品 Y 有 300 个损伤类型，所以Y一定比X好，对吧？其实不然！

这就像数码相机的好坏一样——12兆像素的相机一定比8兆像素的相机好，对吧？也没有！稍微了解一些相机的人就知道镜头的质量同样很重要（拥有 1200 万个模糊像素有什么意义？）。而且对于相同尺寸的内部屏幕 (CCD)，单个像素上的光线较少，因此像素越多，低光性能可能越弱。

从相机这个例子可以看出，对于网络损伤仪来说：比较损伤种类的多少是没有意义的——重要的是你需要那些损伤类型，并且这些损伤类型对模拟真实的广域网环境起到了决定性的作用。

您要如何知道您的应用程序受到您“拨入”的特定网络条件的影响有多大？有些影响是我们可以用肉眼观察到的，比如：应用程序在极差的网络条件下崩溃或超时，手动和自动测试都将失败。

如果数据受到了额外的时延，那么问题就会出现。这个时延是多大？它导致数据慢了多少？对于用户来说是可以接受还是不可以接受？

一款优秀的网络损伤仪应该对每一项损伤数据都进行统计，将生成的最终数据报告显示给测试人员。这么一来，才能解放人力，使测试人员不必时时刻刻待在损伤仪旁边记录数据。

好的测试报告还能为您提供一些建议。例如，通过测试报告，您可以分析出当您将应用程序服务器从本地迁移到云时会发生什么，从而为您节省更多时间。

在大多数测试中，都不会邀请真实的用户来进行测试。即使是在 UAT（用户验收测试）中，在测试刚刚开始时，都不会优先选择真实的用户来做测试。

因为，对于大多数测试而言，人员是非常昂贵的资源。所以，如果网络损伤仪可以提供自动化测试可以大大节约人力资源。

对于不同的产品，使用的测试工具也会有差别：

根据您的自动化需求，控制网络损伤仪的方式也有许多：

现在国内大多的网络损伤仪都只提供 Python API 和 RESTful API。

但是，无论你选择哪个 API，都要小心一些语言陷阱。例如，你咨询网络损伤仪厂家：“你有API吗？” 他们回答：“是！”。但是要确保这些产品具有自动化所需的所有功能，而不是只能提供其中一部分功能的接口。

一些网络损伤仪只支持单用户使用。意味着只有当第一个用户使用完损伤仪之后，另一个用户才可以开始使用。这就造成了对网络损伤仪的争用，大大增加了测试周期的长度。此时，为了完成测试任务，您不得不购买多个这样的网络损伤仪。

如果一个网络损伤仪可供多个用户（或团队）同时使用，这就可以节约测试时间与经费。

对于可以同时并发操作的网络损伤仪有一些要求：

我们都喜欢开源的或者免费的软件。 但是，这些免费的软件一旦出现了我们看不懂的问题，那只能在网上寻找答案。对于常见的产品来说，问题的解决方案会很多。但对于一些少见的或者专业性很强的产品，如网络损伤仪，网上关于这方面的信息很少，导致问题很有可能无法得到及时的解决。

第二个问题是谁负责产品的安全？假如我们只在一个没有网络的测试实验室来使用它，那可能没问题。但对于 DevOps、持续测试、开发来这些需要连接广域网的测试来说，产品的安全保障非常重要。而且，就算把它部署到孤立的实验室中，也难免会遇到安全问题。

第三，免费开源的产品通常不会有专业的团队为它维护和升级。例如，许多新的技术与网络模型都是免费的网络损伤仪没有的。

因此，拥有来自成熟供应商的适当支持的产品，应该是会定期安全更新、错误修复和推出新功能，以解决上述的问题。

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