CSS扩频技术传输性能优异 实现更远距离的无线通信
CSS技术并非是一种新的技术。在自然界里，Chirp脉冲就为海豚和蝙蝠等生物所用。20世纪40年代Hüttmann教授发明了雷达应用专利，后由Sidney Darlington进一步将CSS技术引入雷达系统创造性地开发了脉冲压缩（Chirp）雷达。自1997年以来人们开始研究将CSS技术应用于商业的无线数据传输。后来，IEEE 802154标准将CSS指定为了一种用于低速率无线个人局域网（LR-WPAN）的技术，实现了数据速率可扩展性、远距离、更低功耗和成本，其与差分相移键控调制（DPSK）等技术相结合，可以实现更好的通信性能。CSS技术使用了其全部分配带宽来广播信号，从而使其对信道噪声具有一定的鲁棒性。CSS技术在非常低的功率下也能够抵抗多径衰落，非常适用于要求低功耗和较低数据速率的应用场景。CSS技术的低成本、低功耗、远距离以及数据速率的可扩展性等特性为产品商业化应用提供了现实的可能。
从CSS技术应用情况来看，德国Nanotron公司使用CSS技术在24GHz频段上实现了570米的距离通信。美国Semtech公司的LoRa产品使用CSS技术在Sub-1GHz频段上实现了几公里，甚至几十公里的距离通信。
CSS技术通信距离远可以在一定范围内实现更大规模的无线连接，大大降低无线接入和组网的成本，组建经济高效的无线广域网络，有助于物联网络规模化部署应用。CSS技术的普及应用将为新兴的非蜂窝广域网络市场的发展注入了新的活力，将会有力地推动行业应用的发展。
非蜂窝广域网络方兴未艾 物联网发展步入规模化应用阶段
低功耗广域网络（Low-Power Wide Area Network, LPWAN）大致可以分为蜂窝和非蜂窝广域网络。蜂窝广域网络是指由运营商建设的基于蜂窝技术的网络，一般是指3GPP主导的物联网标准，代表技术有NB-IoT、LTE-M（eMTC）和EC-GSM-IoT等；非蜂窝广域网络主要是指由企业自主建设使用免许可频段组建的网络，代表技术有SIGFOX、LoRaWAN、ZETA等。也有的提出0G网络，是相对于1G/2G/3G/4G而言，在通信领域一般是指蜂窝移动电话之前的移动电话技术，如无线电话。在物联网领域，0G指的是一个低带宽的无线网络，没有SIM卡、没有流量、低成本接入、远距离通信、传输少量数据的网络，也就是非蜂窝广域网络。非蜂窝广域网络的发展是源于对数据大规模采集和大量设备管理等的需求，并借助互联网技术和平台提升了基于数据的智能化管理水平。物联网市场发展步入规模化应用阶段。目前，非蜂窝广域网络主要应用于市政、园区、水务、消防、物流、家居、电力、社区、工厂、农业、环境等领域。
不同网络技术示意图
实际上，非蜂窝广域网络和蜂窝广域网络相互之间是一种相互依存互为补充的关系。一般地，非蜂窝广域网络都是通过网关（或称为集中器，或称为基站）连接到互联网，而网关连接到互联网的方式一般是有线或蜂窝网络等公网，最终还是要走公网的管道，毕竟有线和蜂窝网络是广泛存在的基础性网络。另一方面，传感器或设备多是基于微控制器（MCU）的，受其资源限制，仅可运行轻量的简单通信协议或定制化通信协议，通过网关转换成互联网协议（IP），网关起到了非蜂窝广域网络和互联网连接器的作用。非蜂窝广域网络更是蜂窝网络的拓展延伸。非蜂窝广域网络不同的无线接入技术可以满足物联网实际部署中各种各样无线连接的应用需求，为传感器网络或设备联网提供了灵活的无线接入方式和便捷的网络部署。
非蜂窝和蜂窝技术也可以相互融合。最近有报道称，在手机上集成了无线通信技术，可以在没有蜂窝网络的情况下，实现两机或多机的无线远距离相互通信，并可以实现自组网、定位等功能，这也为非蜂窝广域网络的应用提供了新的应用场景。
同时，非蜂窝网络也在国家电网方面具有非常强劲的发展势头。据最近流传的国家电网《电力设备无线传感器网络节点组网协议》显示，针对电力设备无线传感器网络的组网和传感器接入应用，在物理层协议规范中有对CSS物理层进行了定义，”CSS物理层：工作在470-510MHz或者2400-24835MHz频段，采用线性调频扩频（CSS）调制。线性调频扩频（CSS）调制应符合LoRaWAN™ 11 Specification 和IEEE Std 802154TM-2015物理层的规定”。随着泛在电力物联网的建设发展，非蜂窝广域网络在泛在电力物联网中将会有着更为广阔的应用场景。除电力市场之外，其他抄表类市场应用，如：水表、气表、燃气表等，也是非蜂窝广域网络重要的典型应用市场。
另外，在一些重要的应用领域里，考虑到数据和安全等方面的因素，需要非蜂窝网络技术将设备接入到专网上，以保障私域网络的数据隐私和安全性。非蜂窝无线技术以其独特的优势在物联网络应用中发挥着重要的作用。
非蜂窝广域网络可以组建无线传感网络，连接和管理一定范围内大量传感器或设备等，也可以成为一种网络基础设施，由专门公司来提供网络服务，或者说是一种物联网络运营服务。在国外物联网运营模式已开始发展，如Sigfox等。而国内情况还处于探索发展阶段，目前主要还是以提供解决方案为主。
低功耗广域网络市场发展前景看好 非蜂窝广域网络预期规模增速明显
根据IHS Markit预测，2017年全球LPWAN连接数量为87537万个，预计到2023年可达1716984万个，2017-2023年复合增长率(CAGR)为64%。其中，除NB-IoT和LTE-M等蜂窝连接之外，非蜂窝广域网络连接数量2017年为81248万个，2023年预计可达844436万个，2017-2023年复合增长率(CAGR)为48%。到2023年非蜂窝广域网络连接规模占比约为50%，非蜂窝广域网络市场未来具有很大的发展潜力。
射频收发器受市场关注 Sub-1GHz频段更受青睐
一个完整的应用非蜂窝技术的应用图包括感知层、网络层和应用层。其中感知层中的射频收发器主要用于传感器和网关之间的信息交互。
非蜂窝技术系统应用框图
射频收发器是非蜂窝技术组网应用的关键器件，随着非蜂窝广域网络的发展，射频收发器产品越来越受到市场关注。从业界目前非蜂窝广域网络技术应用情况来看， 采用的都是国外半导体公司的射频收发器产品，这些厂商有Semtech、ST、Silicon Labs、TI、NXP、ON等，鲜有国内半导体公司的产品。Semtech公司的LoRa产品在中国市场上得到了很多公司的支持，国内少数公司通过IP授权的方式获得了LoRa IP，提供本地化产品，这些厂商有翱捷（ASR）、国民技术、华普等公司。随着射频收发器市场需求的发展，国内的一些芯片设计公司也开始研究和开发射频收发器产品。最近有报道称，国内上海磐启微电子有限公司推出了基于CSS技术的Chirp-IOT芯片PAN3028，融合了多维信号调制技术解决了频率不连续对射频的影响，提高了接收灵敏度，在射频收发器领域实现了新的技术突破。Chirp-IOT产品的国产化也填补了中国非蜂窝广域网络市场的空白。
由于射频收发器在Sub-1GHz频段上具有良好的无线传输特性，传输距离远、障碍物穿透能力强等，非蜂窝广域网络基本都是采用Sub-1GHz射频收发器组建网络。下面是关于Sub-1GHz射频收发器主要的厂商：
Sub-1GHz射频收发器厂商
万物智联市场快速发展需求大 集成电路设计国产化迎新机遇
中国市场规模大，对集成电路的需求也大，而目前还较多地依赖于集成电路的进口。根据海关统计，2018年中国进口集成电路有4170亿块，进口金额达3107亿美元。据国家统计局的统计显示，我国2018年集成电路产量173947亿个，国产集成电路产量不足进口量一半。近些年，国家不断加大对集成电路产业的政策扶持力度，出现了一大批新的集成电路设计公司，集成电路技术水平也在逐步提升。加之近两年中美贸易环境的变化，加速了集成电路国产化的速度。在涉及到国家核心重要应用领域，仍然是强调国产自主可控。这是中国集成电路设计公司一个重要的发展契机，也是非蜂窝广域网络行业一个发展机会。随着万物智联市场的快速发展，中国集成电路设计也将会迎来一波新的发展机遇。
根据半导体行业协会的统计，2018年中国集成电路设计产值为25193亿人民币，同比增长215%，2009到2018年中国集成电路设计产值年复合增长率（CAGR）为287%，集成电路设计产业保持了较高的发展速度。
结语
CSS技术在无线通信方面具有显著的优势，有助于非蜂窝广域网络实现大范围的组网应用。随着物联网市场无线连接需求的不断增长，射频收发器产品越来越受到芯片公司的关注。而国内射频收发器产品厂商少，行业发展还比较薄弱，需要更多的国内射频收发器厂商共同的参与，助力非蜂窝广域网络行业的发展，赋能非蜂窝广域网无线超连接，创新更多的物联网应用。
未来，随着集成电路技术的不断发展，或许会出现更多的新技术、新产品，这也将会大大丰富非蜂窝广域网络生态。“独木不成林”。需要各行各业共同的参与，建立共建共享共荣的良性发展生态。
早在1995年，比尔·盖茨在他的《未来之路》一书中写到对未来的描述时，有这样一段话：“你不会忘记带走遗留在办公室或教室里的网络连接用品，它将不仅仅是你随身携带的一个小物件，或是购买的一个用具，而且是你进入一个新的、媒介生活方式的通行证。”这也许就是比尔·盖茨心中所想象的网络世界能给人们的生活带来的变化，这个大胆的设想在那个年代只能是一个“梦想”，因为那个年代的计算机水平和网络水平远远不具备能实现比尔·盖茨梦想的条件，但是，比尔·盖茨的梦想超越了那个年代，引领社会朝着一个新的目标发展。
1998年，在美国统一代码委员会（Uniform Code Council，UCC）支持下，美国麻省理工学院的研究人员创造性地提出将Internet与射频标识（RFID）技术有机结合，通过对物品贴上电子标识牌，实现物品与Internet的连接，即可在任何时间、任何地点，实现对任何物品的识别与管理。这就是早期“物联网”的概念。
通俗地讲，物联网就是用新一代的信息通信技术（ICT）将分布在不同地点的物体互连起来，使得相互之间的物体能够像人与人一样相互通信，以增强物体智能化。
美国未来学家阿尔文·托夫勒说过：谁掌握了信息，谁控制了网络，谁就将拥有整个世界。物联网将从生活、生产、社会、经济、政治、军事、科技等方方面面影响人们的生活和整个世界。它为人们带来无法想象的便利和服务的同时，也存在着信息和隐私等安全方面的隐患。
物联网通信技术解决的是具有智能的物体在局域或者广域范围内信息可靠传递，让分处不同地域的物体能够协同工作。
本书共12章，分为三大部分：
第一部分讲述物联网的基本知识，包括第1章物联网概述和第2章物联网体系架构；
第二部分讲述感知层通信技术，包括第3章工业控制网络技术、第4章短距离无线通信技术和第5章无线传感器网络；
第三部分讲述网络层通信技术，包括第6章接入网技术、第7章无线局域网技术、第8章电话通信网技术、第9章移动通信技术、第10章传送网技术、第11章虚拟专用网技术和第12章计算机网络技术。
对物联网涉及的各种通信技术，本书并不试图面面俱到，只介绍主流的通信技术，包括目前只有理论意义，但对今后的网络发展会产生重大影响的技术。
本书由屈军锁任主编，负责全书的组织、审核，并编写第1～3章、第5～10章和第12章；高佛设任副主编，负责编写第4章和第11章。
本书的基本定位是作为普通高等院校物联网、传感网、通信、信息、电子等专业的本科教材或教学参考书，当然也可作为相关从业人员的培训教材。
本书的编写得到了很多老师、同仁和亲友的帮助与支持，高佛设老师对初稿进行了仔细校对，提出了很多中肯的修改意见，杨武军对部分章节的稿件提出了修改意见。本书的编写和出版得到了中国铁道出版社的大力支持，很多同志花费了不少时间与精力。作者在此对以上人士表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，而物联网又是一个多学科交叉融合、发展迅速的新兴技术领域，因此，书中难免存在不妥和疏漏之处，殷切希望广大同行、读者批评指正。
1、低数据传输需求：当通信设备仅需要周期性地传输少量数据，如环境监测、智能家居等应用场景时，可以通过开启载波关断来实现能量节约。
2、广域物联网应用：在广域物联网应用场景中，通信模块需要通过与基站或网关的通信来进行设备管理和数据传输等 *** 作。由于大多数物联网设备被布置在偏远或难以充电的地区，因此需要采取有效措施降低设备功耗。载波关断技术可以在不影响设备正常运行的前提下，实现设备功耗的显著降低。如今，使用基于SIM的蜂窝技术实现网络连接的物联网解决方案并不是什么新鲜事物，但物联网的扩展速度、采用令人兴奋和动态的用例虽然引人注目，但在一定程度上造成了市场竞争方面的混乱。
而从标准化、久经考验的M2M SIM物联网部署这个日趋成熟的市场转到正在处于起步阶段的市场（例如基于5G SIM的物联网），而将这些解决方案区分开，并充满信心地购买以及那些需要讨论和咨询持续创新的产品可能并不简单。而且对于后一种情况，选择正确的蜂窝技术和网络类型将需要了解每个用例的技术要求和需要连接的资产的数据配置文件。
随着物联网的定义几乎每天都在扩展，供应商越来越多地加入物联网行业，这是一个复杂的环境，需要更多的知识、理解和专家合作。
从M2M到5G发展日益成熟的能力
自从2G蜂窝技术问世以来，大规模物联网M2M部署已经存在多年。现在在越来越广泛的物联网的应用中，人们都知道的传统M2M SIM卡正在让位于设备内部的智能芯片，通过软件和复杂的门户处理数据计划和自动网络选择来管理数据财产。
这是一个成熟的市场，部署范围从自动洗车机、自动售货机和冷藏展示柜；到闭路电视、访问控制、智能照明设备。这些基于M2M SIM的服务已经实现标准化，它们经过试验和测试，可靠且实用，使企业能够充满信心地将技术引入其业务。
在部署范围内移动，现在在可用的情况下使用4G和5G技术，其部署变得更具可扩展性，因为部署连接到机器的物联网传感器和双向传输数据到/从应用程序，使企业能够实现更精细的跟踪可见性在任何有信号的地方对风力涡轮机、重型设备、发电和计量基础设施等资产进行远程管理。快速扩展的SIM网络连接选项现在包括低功耗广域网(LPWAN)变体，例如窄带物联网(NB-IoT)和LTE-M(CatM)，这些技术已专门开发并整合到5G独立网络中，以支持数百万计的采用电池供电的物联网设备，并使企业能够从根本上将项目规模试点扩展到大规模部署。
“大规模物联网”可以连接数百万台设备和资产，并且通过传感器设备技术的不断创新，使用案例的范围每天都在扩大。例如，农民正在使用土壤传感器来管理偏远地区的稀缺水资源；而埋在混凝土结构中的传感器既可以在施工期间用于跟踪其固化，也可以在施工后用于测量压缩应变和混凝土健康状况。从水表到空气污染、废物管理和停车控制，网络、设备和大数据分析的结合正在为从智慧城市到可持续农业的一切奠定基础。为所有这些用例选择的SIM技术基于一系列关键技术要求，包括范围、可扩展性、安全性和低功耗。
对时间敏感的设备
基于SIM卡的物联网网络的另一个快速发展和创新的用例领域是“关键物联网”，其中的应用程序，如作为医疗保健扩展的家庭实时生命体征监测，需要超可靠的数据传输和将测量数据传输到后台办公系统的低延迟。这一应用领域的发展非常活跃，许多技术公司在可穿戴技术方面进行了创新，这些技术可以记录生命体征（心率、血氧饱和度）和位置，以跟踪人员的位置，并允许护理专业人员以灵活、有针对性的方式进行快速干预。
随着高容量、快速的5G网络的扩展，这一市场领域将迅速扩大，但考虑到通常跨移动位置的可靠数据传输需求，单靠一个网络可能不太可能提供所需的覆盖质量。组织将需要一种基于SIM卡的技术选项，可以进行“漫游”，即与多家公共网络运营商合作，无缝切换流量。
与其相反，对于固定位置的超低延迟、大容量 *** 作（例如工业自动化物联网），私有5G现在是首选选项，它提供了对特定数据流量流进行优先级排序的机会——这在公共5G网络中目前不是一个选项。这对于工厂、仓库、体育场馆和大型建筑来说是很有吸引力的，因为这些建筑的室内移动信号很差或者无法可靠地提供移动数据服务。
显然，在这个范围的末端，基于SIM卡的蜂窝物联网远比人们在智能手机上依赖的“即插即用”体验复杂得多，需要专家进行设计、规划和部署。
潜力的最大化
随着全球物联网连接的大幅增长，客户现在要求他们的供应商提供简化的合同和服务模式来满足他们的需求——从传感器的低功耗连接到连接房地产资产以提供全球互联网接入和故障切换互联网接入的高带宽应用。这是一个复杂的挑战，尤其是在国际上，因为竞争运营商之间存在不同的商业协议和服务模式，以及每个国家对某些类型的网络访问的限制（几乎所有国家都有4G服务，但5G是一项正在进行的工作，并且需要检查低功率网络覆盖的可用性）。
网络运营商需要灵活，但事实并非总是如此，允许新一代网络聚合器和小型服务提供商的增长和发展，以满足客户需求。聚合商目前在基于SIM卡的移动市场发展和增长中发挥着重要作用，尤其是在管理网络运营商（MNO）缺乏灵活性的情况下，通过直接与多家网络运营商协商，创建一个定制的多网络解决方案，以支持每个使用案例。
用户应该询问一些问题来确定供应商提供物联网的能力，其中包括：签署合同的期限是多长？数据成本是多少？它们是否反映了当前和未来的数据概况？一家网络运营商能否为现在和未来的所有移动资产提供所需的全面覆盖？客户能否从获得新的低功耗SIM技术（包括NB-IoT、LTE-M(CatM)或其他物联网连接类型（包括非蜂窝）作为混合服务）中受益？提供商是否提供自动化工具来配置、监控和管理基于SIM的连接服务？如果主要网络发生故障，SIM是否具有自动的内置故障转移到第二个或第三个网络选项？企业的提供商的核心网络是否被证明可以抵御外部威胁？
使用不同网络的融合作为连接客户资产所有部分的完整解决方案可能非常强大，但它可能需要能够协调多种基于SIM的技术的服务提供商才能在资产位置获取正确的网络，并通过自动化提供无缝的配置、管理和更改，以提供良好和可靠的客户体验。
结论
5G将改变基于SIM的物联网的格局。它将提供容量的阶跃变化，并在未来每平方公里允许连接10万个物联网设备，而如今只有数百个。它将提供更快的速度、更高的可靠性，并及时使市场能够提供真正的服务水平协议。但是，由于有如此多的供应商加入了基于SIM的物联网，因此有必要提出正确的问题，以便为用例做出正确的决定。
这是一个快速发展的市场。基于SIM的物联网领域有着巨大的增长、活力和能量，这非常令人兴奋。然而，在追求创新的过程中，不要忘记成熟的M2M SIM物联网部署，它们为业务转型提供了巨大的机会。
从根本上说，在广泛的物联网范围内，在对供应商和供应商做出最终决定之前，了解用例、应用程序、技术和商业广告至关重要。
——更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》。
行业进入快速发展期
物联网最早于20世纪90年代被提及并确认概念，在1995年至2005年间经历了萌芽期。2005年，国际电信联盟对物联网的概念进行了拓展，物联网行业进入初步发展期。2009年，中国、欧盟、美国对于物联网都提出国家战略层面的行动计划，全球物联网行业发展进入快速发展阶段。
全球物联网设备数量高速增长
根据全球移动通信系统协会(GSMA)统计数据显示，2010-2020年全球物联网设备数量高速增长，复合增长率达19%;2020年，全球物联网设备连接数量高达126亿个。“万物物联”成为全球网络未来发展的重要方向，据GSMA预测，2025年全球物联网设备(包括蜂窝及非蜂窝)联网数量将达到约246亿个。万物互联成为全球网络未来发展的重要方向。
全球物联网市场规模逐年增长
整体来看，物联网是世界信息产业第三次浪潮。当前，全球物物联网核心技术持续发展，标准体系加快构建，产业体系处于建立和完善过程中。未来几年，全球物联网市场规模将出现快速增长。IDC数据显示，2020年全球物联网市场规模约达136万亿美元。
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