推開低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)市場大門 解析LPWAN技術(shù)之QoS篇

　　正如上篇文章中所提到一樣，在選擇物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)時，需要以應用案例為出發(fā)點，然后結(jié)合技術(shù)本身以及市場因素做出決策。本系列文章試圖探討一種成功的LPWAN技術(shù)應該具備怎樣的特性。上次我們探討的是網(wǎng)絡(luò)承受能力，這一次探討的是QoS。

　　還記得我將所有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分成三大類嗎？一類是LAN/PAN，另一類是3GPP，還有就是正在快速發(fā)展的LPWAN。任何一項技術(shù)都無法做到適合于所有的產(chǎn)品或者應用場景，在做選擇的時候難免遇到各種困惑，希望我提出的意見于你是有價值的。

　　當人們討論QoS的時候，通常指的是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機制， 用來解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問題的一種技術(shù)。

　　其實許多人都知道，談到QoS就會涉及到權(quán)衡利弊的問題，比如：網(wǎng)絡(luò)擁塞通常會導致消息延遲的問題，簡單的放大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模確實讓QoS得到了改善，但是成本相對較高。網(wǎng)絡(luò)擁塞的時候，短暫的延遲讓設(shè)備處在空閑模式下的時間變得很短，這就會造成電池壽命相應的縮短。如果只為提高QoS而專門設(shè)計一張網(wǎng)絡(luò)就如同為應急車輛額外修建一條高速公路一樣，目的是達到了但是代價也很大。

　　最好的解決方法就是建立一個能夠根據(jù)需要靈活改變QoS的系統(tǒng)，正如現(xiàn)實生活中的道路系統(tǒng)一樣，在交通擁堵的情況下普通的車輛要為應急車輛讓行。當然，提高QoS所能帶來的改善有一定的限度，即使在很高的QoS下，也幾乎沒有一個系統(tǒng)可以百分百保證所有的消息都能在最短的時間內(nèi)被成功發(fā)送。因此，這也只是一種理想的狀態(tài)，在可能遇到的特殊情況下盡量做到更好而已。

　　想要提高QoS，難道一定要在授權(quán)頻譜上？

　　或許有人會說，只有基于授權(quán)頻譜的網(wǎng)絡(luò)才能提供可靠的QoS。其實不然，雖然在非授權(quán)頻譜上干擾難以控制，甚至可能通過操作員也無法完全保證提供所需要的保障，但無論如何這只是一種假設(shè)。所有的關(guān)鍵因素都可控時，確實能夠提供更好的服務(wù)，但兩者之間不屬于充分必要的關(guān)系。其實這一點與快遞公司的運營是類似的，它們之所以能夠?qū)崿F(xiàn)包裹不囤積，一定程度上得益于有一個共享系統(tǒng)，借助這個系統(tǒng)他們可以預見包裹的數(shù)量，數(shù)量過大的話就會采取相應的措施以緩和這種情況。其實，在非授權(quán)頻譜中，情況也是如此。所以說，根據(jù)以往的經(jīng)驗中來看，在授權(quán)頻譜上提供高水平的QoS并不是首要條件。

　　只有經(jīng)常會發(fā)生突發(fā)狀況的案例中才對QoS要求比較高，對于一些監(jiān)控設(shè)備來說，它們只發(fā)送一些常規(guī)消息，因此對QoS的要求并不是很高。當數(shù)據(jù)直接來源于聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時，就會需要一種快速并且穩(wěn)定可靠的隨機訪問機制，在這種情況下，最好能夠為突發(fā)的隨機訪問事先做好一個預備方案。有些設(shè)備需要長期被監(jiān)控著，這就意味著電池耗能不可避免的增加了，但是允許設(shè)備自主確定一個最佳的空閑時間段，那么或許也可以降低對其他網(wǎng)絡(luò)的影響。

　　當然了，除了頻譜以外還會有其他的因素也可能造成干擾，比如說網(wǎng)絡(luò)攻擊或者惡劣的條件，此類事故可以觸發(fā)所有終端從而引起網(wǎng)絡(luò)堵塞。在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，一次意外停電或許就會引發(fā)一個城市里面所有的智能電表同時發(fā)送“停電”警報，這時候很容易就會發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，在克服這種擁塞之前消息是無法通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸?shù)模侵匦聠?。因此需要有一個良好的解決方案，可以有效地、迅速地處理大量的突發(fā)警報消息用以確保網(wǎng)絡(luò)保持穩(wěn)定。最終，高水平QoS的設(shè)計將會演變成對于智能電網(wǎng)的設(shè)計。

　　何為高水平QoS網(wǎng)絡(luò)？

　　將LPWAN技術(shù)分為三類：僅上行通信、以上行通信為主特殊情況下也可下行通信和全雙工通信。很快我們將會明白，為什么提高QoS需要從根本上改變技術(shù)的下行通信能力。簡而言之，除非只有上行通信，否則QoS都會受到影響。在之前的文章中，我已經(jīng)提出過在評價某種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時，底層技術(shù)和調(diào)制方案才是核心因素。毫不意外，這一邏輯也適用于此。

　　全雙工通信與QoS，并不是所謂的魚和熊掌！

　　超窄帶調(diào)制方式支持全雙工通信，Telensa公司的超窄帶解決方案就是一個例子，該解決方案能提供高水平的QoS。但是由于底層的特性與整個調(diào)制方式融合在一起，因此并不能作為獨立的部分被擰出來。

　　那么，擴頻技術(shù)是否有益于QoS呢？其實，寬帶調(diào)制方式也支持全雙工通信，最初的Weightless-W技術(shù)就是一個例子。但是，其他的寬帶解決方案卻不是，令人驚訝的是，一種廣為人知的LPWAN技術(shù)居然也聲稱自己支持全雙工通信。再說說Weightless-P，該技術(shù)是一種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，支持全雙工通信。同時，Weightless-P還支持已經(jīng)認證或者非認證情況下的單一傳播和多路傳播，不僅為資源配置提供一個靈活的認證機制，還能在上行和下行的情況下為來自于網(wǎng)絡(luò)或者設(shè)備的消息提供分頁能力及降低時延。它使網(wǎng)絡(luò)更加高速，并且擁有正向糾錯、自動請求重傳、自適應信道編碼、切換、漫游等能力。當然，真正的雙向通信能力應該還要支持無線固件升級和重大安全協(xié)調(diào)或更換。

　　最后說說NB-IoT吧，該技術(shù)將會運行在高帶寬、授權(quán)頻譜上，在不需要很嚴格管理控制的情況下依然能夠保證較高的QoS。就性能來說，這是非常完美的，但是我在第一篇文章《LPWAN技術(shù)眾多，最終誰將推開這個市場的大門？》中就已經(jīng)提到，NB-IoT商業(yè)化部署的路還很漫長，并且還可能面臨能源消耗溢價及成本方面的問題。