在低功耗廣域網絡未建立之前,無線傳感網主要由多種傳統網絡共同構成,比如本地射頻局域網、Mesh、WiFi以及蜂窩網絡等。但這些現有網絡存在較多的弊端,無法滿足物聯網主流應用的需要,具體原因可歸結為以下幾種:第一,現階段的物聯網都是按照已有的網絡設施進行搭建,因此,現在所謂的物聯網應用都是一些迎合低成本概念的、沒有大效力的普通應用,物聯網相應的網絡還無法擺脫有線電源的控制,對電力線和寬帶線的依賴性太強。第二,網絡覆蓋的深度和廣度不夠,無法滿足可任意接入所有節點的需求。有無線接入源的區域才會有相關應用,沒有無線接入源的區域,應用無法接入。第三,總體網絡成本過高,雖然傳感網絡中的部分網絡發展年限較長,已經相對成熟,在模組出貨量上也突破了10億級標準,但是模組的價格卻居高不下。例如,一個LTE模組的制造成本需要200~300元人民幣。第四,只有先搭建整體網絡,才能搭建并使用Mesh網絡,而要實現規模經濟可行性,則需要在建立本地射頻方案時,由企業自身管理、維護相關的無線基礎設施。
低功耗廣域網絡(LPWAN)是公共性網絡,其優良的特性和功能可以有效解決構建傳統網絡時所遇到的四大問題。顧名思義,低功耗廣域網絡最大的特點就是無線覆蓋面積廣、能源消耗低,可以促進終端成本向低端化發展,從而為節約整體網絡構建成本做出積極貢獻。一般來說,低功耗廣域網絡采用的是窄帶網絡,但是這并不影響該網絡的正常使用。有關研究顯示,每月產生3M流量的物聯網設備只占總物聯網設備的14%,也就是說,有86%的物聯網設備每月產生的數據流量不足3M。所以說,傳統蜂窩寬帶網絡雖然能提供較大的數據吞吐量,但大多數物聯網設備并不需要,這就為實現低功耗廣域網絡提供了有利空間。
然而,仍然有一些物聯網設備需要高吞吐量的寬帶,針對這一問題,我們可以利用高寬帶無線解決方案來解決。而大多數情況下,只要使用低功耗廣域網絡,就能實現大多數傳感器的小量級數據傳輸。在此基礎上,廣泛連接傳感設備和機器,才能構筑未來物聯網的宏偉藍圖。
我們當前使用的蜂窩網絡成功地實現了人與人之間的語音、視頻、數據等多種方式的通信,而要連接物聯網設備,實現物與物之間的信息交流,則需要專門構建一個更具智能化的、泛在的、專業程度更高的無線網絡。因此,人們對低功耗廣域網絡的需求是極大的。事實上,傳統的蜂窩網絡也能成為物聯網連接的方案之一,但是,就像2G網絡一樣,它雖然能夠擔任物聯網的部分連接職責,但卻并不適合擔任物聯網的專用網,所以2G網絡最終的命運是隨著物聯網的發展而被淘汰,而傳統蜂窩網絡也將面對同樣的命運。
2015年,三大低功耗廣域網絡集團在物聯網時代的召喚下應運而生,它們分別是Ingenu、Sigfox以及LoRa。因此,這一年被多數物聯網專家稱為LPWAN元年。這三家科技企業都以開發用于物聯網的低功耗廣域網絡產品為核心,并且各種擁有低功耗廣域網絡的先進技術,其相關產品的誕生也漸漸證明了低功耗廣域網絡戰略的可行性。
目前,一些傳統蜂窩網絡企業也開始進行低功耗廣域網絡的開發,這些企業為了使網絡達到低功耗廣域網絡的相關標準而創建了3GPP工程。事實上,這種將低功耗廣域網絡與傳統蜂窩網絡相結合的方案可行性較低,其中不完善之處在于功耗測量困難、干擾太多、功耗問題得不到確定性解決。一些蜂窩網絡企業也承認,將傳統的蜂窩網絡以現在的技術水平強加在低功耗廣域網絡之上其實并不合適。
就當前形式而言,未來物聯網的宏偉藍圖一定離不開低功耗廣域網絡。在物聯網所有連接網絡中,低功耗廣域網絡的連接功能將起到決定性作用,所占物聯網總網絡的份額也必將是最大的。未來低功耗廣域網的設備連接數量將超過10億級別,而它不僅勝在數量,更勝在質量。這些由低功耗廣域網絡連接的物聯網設備將為人們帶來更加高效、高質、實用、豐富、便捷的應用,這些應用的結構將更加簡單,類型將更加豐富,最重要的是它們擁有驚人的伸縮性,可以延伸到各個領域。物聯網的相關應用將在低功耗廣域網絡的基礎上,從多方面改變人們的生活,這種改變可以是直接的。也可以是間接的。
構建物聯網宏偉藍圖的前提條件是構建高效率、低功耗的連接網絡。以智能節能汽車為例,如果在一輛汽車上安裝傳感器,利用高效率、低功耗的連接網絡實現數據傳輸,并最終以分析軟件給出最佳節能方案,那么,這樣的簡單案例就可能創造出巨大的經濟效益,使整個汽車產業掀起一場節約能源的變革。根據低功耗廣域網絡的相關標準,網絡的供應電源將擁有更長的使用壽命,網絡的覆蓋范圍將會更加寬廣,覆蓋層次將更有深度,模塊的生產成本將更加低廉,所創造的效益將更加龐大,提供的服務也將更加友好和實用。