选择正确的无线协议，让LPWAN满足物联网需求

LPWAN   物联网

互联是物联网的一个基本组成部分，并使能和支持智能城市、工业4.0、家庭自动化和自动驾驶等趋势。无线技术现在是一种常见的互联形式，虽然可能很难说无线联接比有线联接更多，但很难否认它是联接新设备的首选方式。这在更广泛的物联网中尤为重要，因为许多端点将是位于相对远程的小型传感器或执行器，或用于移动(如车辆)或便携式(如平板电脑)的设备。

除了方便之外，无线联接的另一个优势是范围;在大多数情况下，如果网络接入点与设备之间的距离超过3米，无线联接就有意义了。此外，如果设备数很多，例如在智能办公室中，可能有数百个端点，包括门窗上的接近传感器，或者远程控制的照明装置，无线接入就有意义。一个接入点可支持的设备的理论数量实际上只受到它能提供的IP地址数的限制，但物理上实施数百个以太网端口将消耗大量的空间和功率。

选择正确的无线协议

鉴于无线联接的方便性、通用性和性能，再加上市场机会(我们预计在这十年内将有数百亿台设备联接到物联网)，现在有许多无线协议可供使用不足为奇。

如今，主要得益于智能手机、平板电脑、耳机及电脑外设等个人设备的激增呈现出的规模经济效益，蓝牙在普及。蓝牙联接的工作频率为2.4GHz，根据环境的不同，蓝牙联接的范围通常在20到30米之间。在同一波段工作的其他技术也同样受限，但它们通过采用网状网络拓扑来克服这一问题，在2.4GHz频段内不同协议之间存在竞争，因为它们都在物联网领域争夺设计胜算。

早在2.4GHz的前景出现之前，工业应用中的无线联接就倾向采用在MHz范围内的频率，这些频率随后被重新命名为低于1GHz(Sub-GHz)协议，以反映2.4GHz协议的出现。过去Sub-GHz频段的标准化程度较低，法规方面也有实施专有方案的自由，因此它仍然很受欢迎。然而，为了应对物联网的挑战，它也随着越来越多的支持互 *** 作性的标准化方案的发展而发展;它是物联网及其许多垂直领域的首选协议。

为物联网开发

物联网大而无界，这说明范围极其重要。虽然这可通过使用基于网格拓扑的个人区域网络(PAN)来实现，但它们仍然需要中继器或相对接近的节点，以便在很长的距离上传播数据。正因为如此，开发人员开始转向广域网(WAN)。今天使用的最常见的无线WAN是移动电话网络，然而，将同样的技术用于物联网仍然会带来挑战;除了接入网络的成本之外，端点的电池使用寿命将以天、而不是月甚或年为单位。

解决这一问题的实际方案是低功耗广域网(LPWAN)。为支持LPWAN而开发的技术提供了可在较低载波频率下实现的范围，但对于物联网端点所需的电池使用寿命，唯一真正的折中是在有效载荷上。LPWAN利用物联网中的端点通常只需相对较低频传输少量数据的优势，这说明每次传输所用的能量保持绝对最低。

LPWAN使用的网络拓扑模拟移动网络，因为它通常使用基站的星形网络，而不是由中继器组成的网状网络。网络可以是开放的，也可以是专有的，这取决于应用。目前协议的例子包括无线计量总线(广泛用于智能抄表)、KNX(用于家庭自动化系统)和Sigfox(实际上是一种协议和一个全球LPWAN，专注于联接物联网传感器)。

LPWAN联接的单芯片方案

针对LPWAN应用领域的无线技术覆盖的频率范围很广，从27 MHz到1050 MHz。为了实现一个可以使用各种LPWAN协议解决许多不同的物联网应用的单一设计，收发器需要能够在整个范围内工作。此外，在固件中运行的协议需要一个有能力的微控制器。

将这两种功能元素整合到一个单一器件中，可创建一种灵活的方案，比双芯片方案更具有成本优势且更高能效。由于这主要由软件定义，为制造商提供了一个易调整的平台，可通过使用不同无线协议满足更广泛应用的需求。

需要限制通过LPWAN运行的许多IoT端点进行无线交换的数据量，这更强调了边缘处理;使端点能够在本地处理数据并且在不涉及云平台的情况下采取行动。为了支持这一点，任何方案的处理性能都需要很好地平衡功率和性能。ARM CORTEX-M0核完全适合这个应用领域，因为它提供32位架构的性能，但具有领先行业的低功耗。ARM CORTEX-M0+是由安森美半导体选择的用于AXM0F243超低功耗RF微控制器的架构。图1显示了该器件的框图，它集成了ARM核子系统和创建一个LPWAN设备所需的RF功能用于物联网。

图1：AXM0F243的功能框图