两大难题困扰物联网专用网络,低功耗广域网络实现破解

标签:物联网广域网络AP专用网络低功耗

访客:27590  发表于:2016-04-01 10:45:38

低功耗广域网络将是公共的物联网无线最佳方案,为什么呢?我们不妨从两个场景开始考察:第一个场景一个公共的网络运营商必需为网络基础设施付费;第二个场景是允许公共网络供应商可以免费使用网络基础设施。最后,我们可以看到,低功耗广域网络方案将如何解决浙西问题。

公共物联网网络的成功

我们来看看一个成功的公共物联网方案供应商的特点,在各类业务中,成功的业务模式是使用最少资源达到最大的收益。对于无线网络方案来说,最大比例的资源花费在基础设施上(对于蜂窝网络来说,还需购买授权频谱)。这些基础设施的成本包括站址获取成本、电源、物理接入点安装、基站部署成本等,此类成本随着网络规模的变化而变化。这些成本是每一个有志于成为网络运营商的厂商所要面对的,虽然具体数字在不同地区有所不同,但总体来说差别不大。

场景一:运营商承担网络基础设施成本

建设一张公网并产生运营收益并非易事,一般来说,公网是通过拥有足够多的付费用户来摊薄基础设施投资来实现收益的。对于物联网网络运营商来说,付费用户取决于接入的设备,付费的设备数量与每个接入点可用的网络容量(或者说数据吞吐量)密切相关,即每个AP的地址空间容量对于付费收入影响很大。一个有用的容量标准是在给定时间(一般为1秒钟)中可以通过AP传输的给定单位字符(比如32比特)的数量。

这些传输的容量可根据设备对数据需求来分类,有些设备需要传输大容量的数据,那么在给定的时间段内只有少数终端的需求被响应;如果设备仅需传输极少量的数据,那么给定时间段内大量的设备需求可以被响应。对于任何无线技术来说,这是一个客观存在的现实。


两大难题困扰物联网专用网络,低功耗广域网络实现破解

每一个设备支付一定费用即可接入网络,因此,容量成为能产生收益公共物联网络的一个制约因素,每一基站的容量越大,这一资源所产生的收益越大,每一基站足够的容量是成功运营网络的必备因素。

从另一个角度来看,每一个接入的设备都应该带来一定的收益。由于给定时间中的数据吞吐量有限,每个基站或AP只能响应一定数量的设备。因此,每一设备的收益乘以AP可连接的设备数量成为每一AP所能产生的理论最大收益,收益合计减去成本就是网络运营的利润。

这样的场景下,低功耗的公网AP接入容量并不高,带来的收入低于AP部署的成本,从而形成一次失败的网络运营,最终导致网络关闭。

幸运的是,网络容量可以通过足够的信息计算出来;不过,这是一个非可逆的过程,运营失败后的损失无法事后弥补。因此,需要新的无线技术设计(比如新的蜂窝技术)。

场景二:运营商不需要承担网络基础设施成本

我们假设网络运营商可以免费获得网络基础设施,同样的,这一场景的成功也需要每一基站下有足够多的付费用户接入。

当有足够多的设备接入后,网络运营者需要考虑增加总收入;另外,一些大客户或者具有保密性质的客户可能需要更多的网络容量以备其不断增长的业务对终端增加的需求。对此,无线网络运营商可能会建设更多基站或AP以增加网络容量,即“扩容”,蜂窝网络称“基站加密”,这对公网容量非常关键。

然而,很多低功耗广域网络技术在网络超载时无法实现有效的扩容,这一问题源于其技术的缺陷。

网络扩容所需的不仅仅是AP有相关功能,而且需要智能终端,智能终端能够获取传感器状况,调节发射功率以及其他功能,这些功能从芯片到固件到网络架构以及管理都需新的技术。如果一张网络无法按需缩放,那么当期业务增长时,网络干扰就增加,从而破坏其绩效。

一些低功耗广域网络技术无法实现按需缩放,因为其在设计时不支持发射功率控制,这只是相关能力中的一种。我们考察一下它是如何影响可伸缩性的:假设一个基站Y容量已满,你在其附近建设了另一基站Z,可以服务一些连接到Y基站的终端节点。部分低功耗广域网络方案商没有有意识地减少信号功率,这些终端节点将继续像之前一样消耗电量来广播信号,形成“噪音”。这样,基站Y仍然在收发着所有终端节点的信号,就像基站Z部署以前那样。另外,当Z基站有了自己接入的终端节点,这些终端中有相当部分位于Y基站的收发范围之内,这意味着Y基站之前的接入点不仅和Z基站通信,也可能和Y基站继续保持通信。这样下来,增加的新的AP并未带来网络的同步扩容,增加新的AP并不能解决这一问题。


两大难题困扰物联网专用网络,低功耗广域网络实现破解

简而言之,连接至新AP的所有新增终端节点将和旧的AP互相干扰,这是和网络扩容背道而驰。此类网络技术意味着只要网络容量达到上限,其容量将永远无法再扩大;也意味着企业业务增长时,需要大量接入更多设备将无法实现,原来接入到网络中的设备将承受着绩效萎缩的苦果。

如何解决这一困境?

以上两种情况描述了阻碍物联网发展的困境,在两种场景下,网络运营都失败了,主要源于其支撑技术。

正如前文所述,一些根本的原因总是隐藏在表象之下,专用于物联网的网络运营的成功,需要对网络技术的重新设计。现有一些低功耗广域网络技术是不错的选择,这些技术可以解决两个难题:使每个AP的容量达到赢利点以上,并保证网络是可扩容的。

容量达到赢利点以上以及网络可扩容需要对无线技术各方面进行创新,硬件、固件、网络、软件等多个层面都需创新,低功耗广域网络将成为支撑物联网未来愿景的核心技术。


作者:赵小飞 来源:物联网智库


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