值得注意的是,與ZigBee、藍牙Mesh等技術不同,LPWAN技術采用了更為簡單的星型拓撲設計。

騰訊云自主研發(fā)Alpha協議,歷經長期演進與大規(guī)模應用,

騰訊云LPWAN的出現為低功耗廣域物聯網提供了新的思路。該協議的設計與物理層選型無關,也就是相同的協議架構可以構建在各種不同的物理層之上,比如433M、UNB、OFSK等。其中,騰訊云首先基于LoRa物理層來構建LPWAN接入方案。

實際上,評價一項技術網絡能力的高低,必須從覆蓋和容量上入手。而在這之中,“覆蓋”即通訊距離,主要取決于物理層無線電調制方案的技術選型。“容量”即網絡規(guī)模,主要取決于通訊協議本身的設計思想。經過大量的測試得出,騰訊云LPWAN在開闊環(huán)境中,通訊距離可以達到10Km以上。在典型城市環(huán)境中,通訊距離也可達到3~5Km。這樣的成績,足以證明LoRa在通信距離上的優(yōu)異性能。

  而另一方面,由于空中的無線信道本質上是由區(qū)域內所有的終端與基站一起共享的資源,所以,容量方面,最主要的考慮是通訊交互對于空中信道的使用效率。對此,騰訊云LPWAN網絡協議以“最輕量的通訊”作為設計目標。完成一次通訊交互,最低限度需要幾個無線電發(fā)射行為?在各種典型場景下,是否有可能優(yōu)化交互時序,節(jié)約幾次發(fā)射行為?在特殊情形下,是否會出現自激和群驚效應,惡化信道占用?這些是在協議設計視角最為關心的考量。

基于對這些考量,騰訊云LPWAN網絡技術團隊創(chuàng)造性地反向優(yōu)化協議本身,積累了很多獨家的優(yōu)化策略。

作為一個完全自主研發(fā)獨立知識產權的通訊協議,在長期演進與大規(guī)模的應用之中,因應具體應用的需求,不斷大膽迭代,不停引入特性。但這并不意味著騰訊云LPWAN在兼容性上存在著問題。實際上,騰訊云LPWAN的網絡技術團隊,通過額外的技術手段,仍然保持了與標準LoRaWan通訊行為的兼容。

騰訊云LPWAN的Alpha協議設計與頻譜無關,相同的協議架構可應用于任何頻段。然而,涉及到具體的設備生產和網絡搭建,就不允許有任何的不確定性變量,落地必須確定頻段。目前騰訊云LPWAN網絡的Alpha協議、芯片和基站,在中國大陸主要工作在 470MHz~510MHz 頻段。

  基礎網絡服務先行 騰訊云LPWAN打造最好用的網絡側設備

核心網:騰訊云Alpha協議主要由三個彼此緊密耦合的部分構成。其中,一部分邏輯運行在終端芯片的固件之中,一部分邏輯運行在基站芯片的固件之中,最復雜的那部分邏輯運行在一個被稱作“核心網”的云端系統之中。

所有基站的通訊數據全部匯集到這個云端,進行協同,并根據歸屬把數據路由到相應的應用服務器。特別是在經歷過大規(guī)模城市級網絡部署考驗之后,功能成熟只是Alpha核心網的一個方面。與此同時,可水平擴展的系統負載承接架構也讓其性能可靠。除此之外,在監(jiān)測、監(jiān)控、操作、運維、生產等緯度內,核心網展現了強大實力。

基站:騰訊云LPWAN(LoRa)基站主要是為了滿足規(guī)?;鞘薪ňW需求而研發(fā)的產品,基站依賴于核心網的功能支撐,接受它的集中管理。在大量的實際部署之中,經歷嚴酷的工況與復雜實際應用的考驗,基站產品具有很多獨到的設計。

建網服務:城市級的物聯網網絡實施仍然是一個復雜工程。在過程中,不僅需要較強的組織協調能力,完備的工具鏈支撐,地面團隊的掌控能力以及施工質量的控制流程,具體建網步驟這里不再贅述。

  以北京市網絡建設為例來看,北京市網絡屬于一次性規(guī)劃一次性覆蓋的典型案例。五環(huán)以內城市主要區(qū)域,共計包括500多臺基站,安裝在中國鐵塔的站址上。前期準備勘查1個月,安裝實施過程為期2個月,最高峰同時對接13個鐵塔施工團隊,通過嚴格的培訓和驗收流程掌控實施質量,在實際測試過程中,成果顯著。

  發(fā)力終端硬件產品 構建物聯時代下的最佳解決方案

在當基礎網絡服務搭建完成之后,接下來的重頭戲將落在終端硬件產品的身上。

l 芯片:主要是為了滿足大量終端設備的整合需求而研發(fā)的產品,芯片內置Alpha協議的終端側邏輯,對外輸出一個標準硬件串口。

l 通訊模組:騰訊LPWAN(LoRa)的模組,是一個非常簡單的構建模塊,由芯片以及六個外圍原件組成,主要是為了滿足外部合作伙伴快速驗證技術對接而研發(fā)。

l 自研終端:主要集中在“消防”以及“空氣凈化”方面。

結語

本文詳細介紹了騰訊云在低功耗廣域物聯網LPWAN 方面的的技術探索和實踐,目前騰訊云LPWAN(LoRa)接入網絡&終端解決方案已經在智慧消防服務、智慧園區(qū)方案以及數字工廠領域成功應用。后續(xù),騰訊云將繼續(xù)加大在物聯網領域的研發(fā)和投入,加快物聯網落地更多場景。

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songjy

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