RPMA來(lái)中國(guó)了——美國(guó)都在用的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)

　　低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)RPMA進(jìn)入中國(guó)

　　作為物聯(lián)網(wǎng)低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域最大的黑馬——RPMA技術(shù)已經(jīng)來(lái)到中國(guó)了，早在今年1月份，RPMA技術(shù)的擁有者美國(guó)Ingenu公司CEO John Horn就親自到無(wú)錫拜訪(fǎng)，計(jì)劃以無(wú)錫為基地，逐步將以RPMA為核心技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)大到全中國(guó)范圍。目前，Ingenu已經(jīng)與無(wú)錫軍工智能電氣股份有限公司展開(kāi)合作，成立無(wú)錫九洲通訊作為Ingenu唯一授權(quán)公司在中國(guó)大陸推廣其RPMA技術(shù)及應(yīng)用。

　　RPMA技術(shù)介紹

　　RPMA，全稱(chēng)Random Phase Multiple Access，官方中文翻譯為“隨機(jī)相位多址接入”，是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域一種低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）技術(shù)。

　　那LPWA又是什么呢？

　　LPWA，全稱(chēng)Low Power Wide Area，即低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)是面向物聯(lián)網(wǎng)中遠(yuǎn)距離和低功耗的通信需求，近年出現(xiàn)的一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)連結(jié)技術(shù)，具有傳輸距離遠(yuǎn)、節(jié)點(diǎn)功耗低、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)成本低的技術(shù)特點(diǎn)。低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，填補(bǔ)了現(xiàn)有通訊技術(shù)的空白，為物聯(lián)網(wǎng)的更大規(guī)模發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

　　圖1：主要通訊技術(shù)的覆蓋范圍及連接成本

　　對(duì)于消費(fèi)類(lèi)的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用來(lái)說(shuō)，Wi-Fi、ZigBee和Bluetooth等是非常理想的近距離無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但對(duì)于更廣泛的民用、工業(yè)和其他物聯(lián)網(wǎng)的長(zhǎng)距離應(yīng)用，蜂巢網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星能夠滿(mǎn)足要求，但這些技術(shù)在成本、功耗和可擴(kuò)展性等方面缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。因此，在發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的背景下，低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

　　低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）技術(shù)的用途非常廣泛，諸如停車(chē)場(chǎng)資源、交通流量控制、公用設(shè)施監(jiān)視、配電控制，以及環(huán)境監(jiān)視等民用基礎(chǔ)設(shè)施只是開(kāi)始，而諸如農(nóng)作物生長(zhǎng)情況監(jiān)視和牲畜遷移等農(nóng)業(yè)應(yīng)用也需要廣域網(wǎng)覆蓋；從出租車(chē)到冷凍貨運(yùn)等資產(chǎn)監(jiān)視和追蹤，則需要地區(qū)性、全國(guó)性甚至全球性的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。鐵、公路等交通基礎(chǔ)設(shè)施也需要廣域監(jiān)視；即使是醫(yī)療保健等消費(fèi)性應(yīng)用，也能從替代蜂巢式電話(huà)的廣域網(wǎng)鏈接中受益。

　　LPWA具有覆蓋范圍廣、服務(wù)成本低、能耗低的特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)社會(huì)環(huán)境下，廣域范圍內(nèi)數(shù)據(jù)交換頻率低、連接成本低、漫游網(wǎng)點(diǎn)切換方便、適用復(fù)雜環(huán)境的連接需求，是理想的物聯(lián)方式。

　　圖2：幾種廣域聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要指標(biāo)對(duì)比

　　RPMA正式在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展背景下應(yīng)運(yùn)而生的一種低功耗廣域網(wǎng)接入技術(shù)，RPMA由美國(guó)Ingenu公司開(kāi)發(fā)，Ingenu在2008年成立，公司在2015年9月前的名稱(chēng)是ONRAMP。Ingenu為開(kāi)發(fā)人員提供了收發(fā)器模組以連接到該公司及其合作伙伴在全球范圍內(nèi)建立的RPMA網(wǎng)絡(luò)；這些網(wǎng)絡(luò)將來(lái)自終端節(jié)點(diǎn)的信息轉(zhuǎn)發(fā)至使用者的IT系統(tǒng)。同時(shí)，RPMA也可適用于想要搭建私有網(wǎng)絡(luò)的客戶(hù)人群。

　　在RPMA終端和基站的共同運(yùn)作下，用戶(hù)可以管理他們通信的容量、數(shù)據(jù)速率和范圍；基站與在預(yù)定義時(shí)間框架內(nèi)發(fā)送信號(hào)的終端節(jié)點(diǎn)保持同步，從時(shí)間框架起點(diǎn)采取隨機(jī)延時(shí)，終端節(jié)點(diǎn)也根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度選擇發(fā)送的展頻因子。

　　接取點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)之后會(huì)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解展頻、解交錯(cuò)、維特比譯碼，然后執(zhí)行CRC檢查。隨著網(wǎng)絡(luò)使用率的提高，接取點(diǎn)可以命令終端節(jié)點(diǎn)降低他們的發(fā)送信號(hào)強(qiáng)度，以便減少它必須處理的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

　　Ingenu RPMA的安全性包括雙向認(rèn)證、256位元加密和16Bytes的哈希函數(shù)，因而能夠有效地保護(hù)信號(hào)流量；這種方案允許網(wǎng)絡(luò)向終端節(jié)點(diǎn)提供授權(quán)的軟件升級(jí)，并能確保信息的完整性和重送保護(hù)。

　　RPMA的優(yōu)勢(shì)

　　和市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品相比，RPMA技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力明顯，通過(guò)與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相似的LPWA技術(shù)的對(duì)比，RPMA技術(shù)有五個(gè)主要特點(diǎn)：

　　一、網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力強(qiáng)。RPMA基站的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍極廣，覆蓋整個(gè)美國(guó)和歐洲大陸分別只需要619個(gè)基站和1866個(gè)基站，而對(duì)應(yīng)采用LoRa技術(shù)則分別需要10830個(gè)基站和43319個(gè)基站；采用Sigfox技術(shù)則分別需要6840個(gè)基站和24837個(gè)基站?；緮?shù)目的減少大大降低了物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本，因而從長(zhǎng)期來(lái)看其經(jīng)濟(jì)效益更高。

　　二、系統(tǒng)容量大。以美國(guó)大陸為例，如果物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備每小時(shí)傳輸一百個(gè)字節(jié)的信息，那么采用RPMA技術(shù)可以接入249232個(gè)設(shè)備，而采用LoRa技術(shù)和Sigfox技術(shù)則分別只能接入2673個(gè)設(shè)備和9706個(gè)設(shè)備。

　　三、能夠充分降低設(shè)備能耗，進(jìn)而盡可能地延長(zhǎng)電池的使用壽命。RPMA采用功率控制和信息傳輸確認(rèn)的辦法來(lái)減少重新傳輸?shù)拇螖?shù)，終端在數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈g隔進(jìn)入深度睡眠狀態(tài)來(lái)減少功耗，延長(zhǎng)電池壽命。

　　四、采用統(tǒng)一頻率，方便漫游。RPMA技術(shù)采用的是2.4G頻段，該頻段在全球都屬于免費(fèi)頻段，這樣RPMA的設(shè)備可以在全球?qū)崿F(xiàn)漫游。Sigfox在歐洲使用的是868MHz的頻率，在美國(guó)使用的是915MHz的頻率，而868和915這兩個(gè)頻率在中國(guó)已被占用，實(shí)現(xiàn)漫游比較困難。

　　五、雙向通訊，可以廣播。RPMA采用的是雙向通訊的方式，可以通過(guò)廣播的方式對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行控制或升級(jí)。Sigfox采用的是單向傳輸，Lora采用的是半雙工的通訊方式。

　　RPMA技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面處于遙遙領(lǐng)先的水平，對(duì)提升我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)必將產(chǎn)生積極的推進(jìn)作用。

　　圖3：RPMA技術(shù)規(guī)格與同類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的對(duì)比