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物联网的新希望:Laki超低功耗实时广域网技术

作者:北京博思创想咨询有限公司 浏览: 发表时间:2021-02-25 13:09:14 来源:通信产业网

物联网被人们寄予厚望已经多年,人们一直在为“万物互联”的目标而努力,但从物联网的现状来看,距离这个目标依旧任重道远。

“连接”是物联网最关键的技术,人们对此进行过很多的尝试和实践。从连接的介质来看,连接总体可以分成有线连接和无线连接。有线连接受基础设施的影响比较大,局限比较多,因此并不是连接技术的首选;而无线连接相对比较自由,部署和维护更加容易,因此无线技术很自然地成为物联网连接的主流。

那么什么样的无线技术才能帮助物联网实现“万物互联”的愿景呢?

万物互联对无线技术的要求

我们知道,任何一种技术,如果无法实现足够的投资回报,是无法真正被大规模使用的,物联网自然也无法摆脱这样的限制。

现阶段用来作为物联网无线连接技术的主要有蓝牙、Zigbee/Zwave、WiFi、LPWAN(LoRa、NB-IoT、Sigfox等)、蜂窝技术等。根据通讯距离的远近,可简单分为短距技术和长距技术两大类。蓝牙、Zigbee/Zwave、WiFi属于短距技术,它们由于覆盖能力弱,建网成本高,管理和维护困难,很难用来进行大规模部署,因此,他们注定无法用于物联网的广泛覆盖。

NB-IoT、LoRa、蜂窝技术属于长距技术,由于通讯距离长,覆盖能力强,适合快速、大规模的网络部署,特别是近年来NB-IoT和LoRa等低功耗广域网(LPWAN)技术的出现,其功耗低、通讯距离长和容量大等特性让建网成本、终端成本等进一步下降,在不温不火的物联网市场掀起了一个建设小高潮,给沉寂已久的物联网市场注入了很大的活力。

随着LPWAN等技术的推广和使用,人们在发现这类技术虽然降低了物联网投资成本,但其低功耗特性是通过大量的无法工作的深度睡眠方式获得的,只适用于那些对时延没有要求或者终端触发的极低数据量的物联应用,如单纯的表计类应用、部分传感器应用,他们在万物互联中只占很小的一部分,更大量的应用需要低时延的双向通讯,例如大部分智慧应用、远程控制类应用等等,他们的市场表现也证明了时延的限制让网络的使用价值大大缩水,这样的结果如同给满怀期待的从业者们当头浇了一盆冷水,也让人们认识到万物互联所需要的通讯技术除了需要实现广覆盖(通讯距离长、容量大)、低功耗外,还需要低时延,前两者实现了投资成本的下降,后者提升了投资收益。

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但想要同时实现广覆盖、低功耗和低时延是非常困难的,目前的主流技术也只能满足三者中的一项或者两项,同时满足这三者的无线技术依然是空白。渐渐地,人们形成了一个根深蒂固的观念:物联网无线技术选型需要根据所谓场景和应用特点来选择合适的无线通讯技术,由此又诞生了一些新的问题,如网络难以复用导致成本无法摊薄、异构网络的管理和维护难度增大等。 这严重限制了物联网行业的发展。

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物联网的发展似乎遇到了一个无法逾越的障碍:能否同时实现这三大关键特性关系到物联网的投资收益是否足够,而这关系到物联网行业能否真正爆发,但问题是大家都束手无策!

物联网行业该怎么办?

千米电子的答案:LaKi超低功耗实时广域网技术

千米电子从2014年就洞察了物联网行业的这个大问题,可要同时实现广覆盖、低功耗和低时延是何其困难!但困难的问题往往伴随着巨大的收益,而千米电子团队拥有深厚的通讯行业的技术积累,相信创新是解决这个难题的唯一途径,因此首先在协议层面进行了深入的研究。历经一年多的殚精竭虑,终于获得了一些解决问题的创新思路。但如此大的难题显然不是这么容易解决的,千米电子又在实现这些思路的过程中无奈地发现一个冰冷的现实:现有的硬件无法实现部分关键点,这使实际性能比预期效果差距甚大。虽然如此,千米电子团队也已经在这个不完全的实现过程中看到解决问题的巨大潜力和希望,因此决定继续投入研发自有射频SoC芯片来实现这些关键点。业内人士都知道,射频类芯片的研发难度很大,所幸千米电子团队在芯片设计上也有多年的成功经验,功夫不负有心人,经过两次MPW和无数次的测试、优化,终于在2020年9月成功推出性能优异的LaKi射频SoC。至此,千米电子终于研发出一整套包含了MAC层通讯协议和PHY层芯片的完整的通讯技术——LaKi超低功耗实时广域网技术。LaKi是否真的解决了同时实现广覆盖、低功耗和低时延的难题呢?可能实际的数据更有说服力。

千米电子的射频SoC芯片集成度很高,集成了射频、功放、基带、RTC、32位CPU、PMU、AES128加密等电路模块,除了CPU是外购IP外,其他均为千米电子自主设计和研发,具有完全的知识产权。根据现实环境中的实测结果表明,基于LaKi射频SoC芯片的标准型模组(不加任何外置射频前端模块)其地面通讯距离(模组离地距离1.5米-2米)可达1.5公里,高空通讯距离可达5公里以上,发射电流4.5mA@0dBm,6.5mA@5dBm,接收电流7.5mA(Max gain),休眠电流1.1微安。如果在1公里以上通讯距离、监听周期为1秒的双向实时通讯模型下,这个标准型模组的平均电流小于3微安,折算成年均功耗不超过27mAh/年;而添加了13dBi的外置射频前端模块的增强型模组的地面通讯距离可达5公里以上,最大工作电流(Rx和Tx)不超过20mA,平均电流约4微安,年均功耗也不超过40mAh/年。这样的功耗,即使用一颗常见的CR2032纽扣电池供电,也可以续航数年!要知道,LoRa、NB-IoT等以低功耗见长的低功耗广域网技术的模组的睡眠功耗一般也要3mA以上,也就是说,LaKi技术在长距离通讯中的双向实时通讯模型下的功耗与低功耗广域网技术的睡眠功耗相仿甚至更低!

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而且,千米电子发明的LaKi超低功耗实时广域网技术最高速率可达1Mbps,最低也有250Kbps,用户处理能力可超过2000终端/秒。可见,LaKi不光很好地同时实现了广覆盖、低时延和低功耗这三大关键特性,还具有较高的数据速率和很大的并发用户处理能力!非常适合物联网最后一公里低成本海量覆盖,也正是基于这个特点,千米电子把这种新技术命名为LaKi,取名于Last Kilometer IoT coverage,音同lucky。

从上面的数据可以看出来,LaKi与以低功耗、低时延等特性而经常被人们选用的蓝牙、Zigbee等无线技术对比来看,LaKi在同样的通讯距离下功耗更低,而且通讯距离越长,LaKi的功耗优势越明显。带宽与它们相比起来也毫不逊色。

从上面的数据还可以看出来,与在物联网中广泛应用的主流无线技术蓝牙、Zigbee、NB-IoT、LoRa等主流技术比较起来,LaKi不仅具备它们各自的优势,甚至指标更好!

LaKi也是目前唯一同时实现广覆盖、低时延和低功耗的完整无线通讯技术!如果加上较高的数据速率,LaKi在性能表现上具有革命性的优势。

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LaKi技术的出现,让人们不再需要根据应用特点或使用场景来选择无线技术,一张LaKi网络就可以接入绝大多数物联网应用。因此,使用LaKi作为物联网的无线连接技术,综合成本低,投资价值高,具备很高的投资收益,拥有作为通用物联技术的几乎所有要素,非常有希望真正引爆物联网行业。


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