LPWA(Low Power Wide Area，低功耗广域网)技术是一种专为物联网(IoT)设备设计的无线通信技术，其主要特点是低功耗、远距离通信和低成本。LPWA技术广泛应用于需要低带宽、低功耗、广覆盖及大连接的物联网场景中，如智慧城市、智慧农业、环境监测、智能抄表等。
一、 LPWA技术分类
LPWA技术可以分为两大类：基于非授权频谱的技术和基于授权频谱的技术。
基于非授权频谱的LPWA技术：
- LoRa：由美国Semtech公司开发，采用扩频技术实现远距离传输，适用于远程监控和传感器网络。
- Sigfox：由法国Sigfox公司开发，使用超窄带频谱调制，具有高功率密度和抗干扰能力，适合公共频段数据传输。
- TPUNB：由广州公海7108优惠大厅公司开发，提供灵活的解决方案，适应各种环境条件。
- DASH7：基于IEEE 802.15.4标准，用于物联网应用。
基于授权频谱的LPWA技术：
- NB-IoT（Narrow Band Internet of Things） ：由3GPP标准化，专为物联网设计，具有广覆盖、超低功耗的特点，是目前部署最广泛的LPWA技术之一。
- LTE-M（LTE for Machines） ：基于LTE网络优化，支持语音和短信功能，适用于需要较高数据速率的应用。
- EC-GSM-IoT：基于GSM网络的演进，提供低成本和低功耗的解决方案。
- eMTC（Enhanced Machine Type Communication） ：基于LTE网络，支持更高的数据速率和更复杂的物联网应用。
LPWA技术的主要优势包括：
- 低功耗：设备电池寿命可达数年甚至十年。
- 广覆盖：支持公里级的通信距离，适合偏远地区的应用。
- 低成本：硬件成本较低，适合大规模部署。
- 大连接能力：能够支持大量设备同时连接。
然而，LPWA技术也存在一些局限性，如数据传输速率较低，不适合需要高带宽的应用。此外，非授权频谱的LPWA技术在容量和安全性方面可能不如授权频谱的技术。
LPWA技术通过其低功耗、广覆盖和低成本的特点，在物联网领域得到了广泛应用，并为未来的智能城市、智慧农业等提供了强有力的支持。
二、 LoRa技术的最新发展和应用
LoRa技术的最新发展和应用案例涵盖了多个领域，包括农业、智慧城市、工业、物流供应链、智慧表计、定位技术和卫星通讯等。以下是详细的介绍：
1. 最新发展
模块性能和应用领域的扩展：
Semtech和Microchip等公司推出了多种新型LoRa模块，如SX1272、SX1276/SX1278、SX1261/SX1262以及RN2903/RN2483等，这些模块在不同环境下的性能表现出色，满足了各种应用需求，如城市环境中的无线传感器网络(WSN)、农业灌溉系统、智能照明控制等。
Microchip推出了全球首款获得LoRa联盟认证的LoRa无线模块，该模块符合最新LoRaWAN协议规范，支持低数据速率物联网和机器对机器无线通信，特别适用于远距离连接、降低电池运行功耗和基础设施批量部署成本。
调制技术的改进：
LoRa技术在物理层调制方案上进行了多项改进，例如新型的chirp发射器和正交 chirp 发生器(OCGs)设计，以及相移 CSS(PS-CSS)技术。这些技术可以在保持接收灵敏度的前提下提高数据速率，最多可增加33%的传输速率。
还有IQCSS和DCRK-CSS两种替代的 chirp 扩频技术，分别声称可以将吞吐量提高一倍和50%，且在相同传输功率下实现。
LoRa定位技术：
Semtech公司宣布了市场上首个LoRaWAN网络无GPS跟踪的位置解决方案，标志着LoRa定位技术的一个重要里程碑。
2. 应用案例
农业应用：
LoRa技术被广泛应用于农业物联网中，特别是在葡萄园、蔬菜园、柑橘园等场景中。LoRa能够穿透植被，实现对作物生长的远程监测，为精准农业提供了可靠的数据传输方式。
星纵物联基于LoRa打造的智慧农业解决方案，可以实时监控农作物生长情况，提高农业生产效率。
智慧城市应用：
LoRa技术被用于智能表计、环境监测等智慧城市应用场景，通过收集和分享数据，帮助企业和政府降低成本并提升管理效率。
在智慧城市建设中，LoRa将辅助智能交通、智能照明、智能楼宇和环境监测等应用，提高城市运行效率。
工业和物流供应链：
LoRa模块在工业和物流供应链中的应用广泛，其低功耗、长距离通信和良好的穿透能力使其得到广泛应用。
在冷链物流中，LoRa技术用于监控温度湿度数据，实现全程监管。
智慧表计领域：
LoRa技术在智慧表计领域的应用已取得较大成功，不断满足客户提出的更严苛的需求。
LoRa定位技术：
LoRa定位技术在森林防火、山体滑坡和草原畜牧监控等场景中，结合卫星组网实现管理。
卫星通讯应用：
LoRa在卫星通讯上的应用潜力巨大，未来可能会有更多突破。
其他应用：
LoRa技术还被应用于博物馆管理、文物保护、电力配电柜、楼宇自动化和智能楼宇等领域。
在智慧停车中，LoRa技术可节省施工成本，一个LoRa网关可管理数百个车位传感器，实时监控车位使用情况。
LoRa技术的最新发展主要集中在模块性能的提升、调制技术的改进以及定位技术的进步。
三、 Sigfox技术在全球范围内的部署情况和成功案例
Sigfox技术在全球范围内的部署情况和成功案例分析如下：
1. 全球部署情况
覆盖范围：
Sigfox技术自2010年创立以来，已经在全球范围内建立了广泛的网络覆盖。截至2023年1月，Sigfox网络已覆盖全球70多个国家或地区和地区。
在2018年，Sigfox网络覆盖了4.2百万平方公里，涉及50个国家或地区。
到2024年，Sigfox网络进一步扩展到超过70个国家和地区。
主要市场：
欧洲：Sigfox在欧洲西部大部分国家已正式开通运营，与多家运营商合作，如Orange、SFR、Cellnex电信等，覆盖法国、西班牙、葡萄牙、意大利、英国、冰岛、比利时等国家或地区。
北美：Sigfox在美国的网络已覆盖100多个城市，包括亚特兰大、纽约、迈阿密、旧金山海湾地区、休斯顿、芝加哥、拉斯维加斯和洛杉矶等。
亚太地区：Sigfox在日本、新加坡、中国台湾省、中国香港等国家或地区和地区开始了一些部署。日本的KYOCERA通信系统有限公司(KCCS)作为Sigfox运营商，在日本开发了Sigfox服务，使用920MHz频段。
技术特点：
Sigfox采用超窄带技术(Ultra-Narrow Band, UNB)，频率范围在868MHz或915MHz，传输速率低至300b/s，每个数据包只有12字节。
Sigfox网络使用低于GHz的频段，如欧洲的868MHz、美国的902MHz和亚太地区的920MHz。
Sigfox技术具有长距离网络覆盖和通用功能特性，适合小数据量的物联网应用场景。
2. 成功案例分析
日本：
智能基础设施：日本关西信息中心智能基础设施研究组发布了关于LPWAN技术(包括Sigfox)在桥梁等结构诊断方面的应用。
瓦斯公司：日本瓦斯株式会社在其新型NCU「スペース蛍」中采用了Sigfox技术，计划进行约85万件的大规模导入。
KCCS服务：自2017年起，KYOCERA通信系统有限公司(KCCS)在日本提供Sigfox服务，人口覆盖率达到了95%，并在全国各地广泛使用。
美国：
Sigfox宣布其网络已覆盖美国100多个城市，包括亚特兰大、纽约、迈阿密、旧金山海湾地区、休斯顿、芝加哥、拉斯维加斯和洛杉矶等。
公用事业应用：
Sigfox网络和解决方案可协助公用事业公司远程抄表，减少不必要的维护访问，监控电水气热使用情况等，现已被全球各大公用事业公司使用。
Sigfox技术凭借其低功耗、低成本和长距离覆盖的特点，在全球范围内得到了广泛应用。其在全球70多个国家或地区的部署，特别是在欧洲和北美市场的深入覆盖，展示了其在物联网领域的强大竞争力。
四、 NB-IoT技术在智慧城市中的应用实例。
NB-IoT技术在智慧城市中的应用实例非常广泛，涵盖了多个方面。以下是几个具体的案例：
智慧社区建设：
海口市美兰区海甸街道办智慧社区项目是一个典型的NB-IoT技术应用案例。该项目通过实时监控水质、井盖和电动车棚等城市部件，提升了社区的信息化水平，为基层社区治理提供了创新手段。项目部署了超过600个物联网终端，实现了井盖监控、智能烟感、噪音监控等实时监控，并将城市部件情况连接至街道指挥平台。基于NB-IoT的智慧烟感解决了传统烟感的缺点，具备部署简单、施工维护成本低的特点，实现了远程烟雾监控和报警，为及时灭火争取宝贵时间。
智能停车管理：
NB-IoT技术在智慧城市的停车管理中得到了广泛应用。通过安装基于NB-IoT的传感器，可以实时监测停车位的使用情况，并通过网络将数据传输到后台服务器进行分析和处理，从而实现停车位的高效管理和调度。
智能垃圾桶：
在智慧城市的垃圾管理中，NB-IoT模块被用于智能垃圾桶的监控。通过传感器监测垃圾桶的满载情况，并将数据传输至云平台，实现垃圾收集的智能化管理。
智能照明：
NB-IoT无线通信模块解决了市政照明监控管理方式粗放、运维效率低、能耗大和设施安全难以保障的问题。通过NB-IoT技术，可以实现智能路灯的远程控制和管理，提高能源利用效率。
环境监测：
NB-IoT技术在环境监测中也有广泛应用。例如，通过安装基于NB-IoT的传感器，可以实时监测空气质量、水质和土壤状况，并将数据传输至云平台进行分析和处理，从而实现环境的实时监控和管理。
智能表计：
NB-IoT技术在智能水、电、气表的应用中也表现出色。通过数据采集装置实现远程读表、采集详细历史数据，并进行趋势分析，为能源储备提供科学的数据支持，减少浪费。
五、 LTE-M与eMTC技术在物联网领域的比较研究。
LTE-M(Long-Term Evolution for Machines)和eMTC(Enhanced Machine Type Communication)是3GPP标准下两种重要的低功耗广域网(LPWAN)技术，主要用于物联网(IoT)应用。尽管两者在某些方面有相似之处，但它们在技术特点、应用场景和性能指标上存在显著差异。
1. 技术特点
基础架构：
LTE-M：基于现有的LTE网络，通过裁剪和优化LTE协议来适应中低速物联网业务的需求。
eMTC：也是基于LTE演进的技术，在3GPP Release 13中被定义为增强型机器类型通信(eMTC)，旨在提供更广泛的覆盖和更高的数据速率。
带宽和速率：
LTE-M：支持1.4MHz的带宽，上下行最大峰值速率可达1Mbps。
eMTC：同样支持1.4MHz的带宽，但在Release 13中进一步优化了带宽和速率，使其更适合物联网设备的需求。
移动性和覆盖：
LTE-M：支持较高的移动性(最高可达350公里/小时)，适用于需要高移动性的应用场景。
eMTC：利用现有的LTE基站提供扩展的覆盖范围，适合城市和乡村环境。
设备复杂性和成本：
LTE-M：设备复杂度较低，成本相对较低，适合资源受限的物联网终端。
eMTC：同样具有较低的设备复杂度和成本，但相对于NB-IoT，其成本可能略高。
语音功能：
LTE-M：支持VoLTE(LTE语音)，适用于需要语音交互的物联网设备。
eMTC：也支持语音功能，使其在需要语音通信的应用场景中更具优势。
2. 应用场景
城市和工业应用：
LTE-M：适用于智慧城市中的智能路灯、交通信号灯、停车计时器等设备，以及工业物联网中的制造过程监控、设备管理和库存控制。
eMTC：同样适用于智慧城市和工业物联网，但其更广泛的覆盖和更高的数据速率使其在需要更高性能的应用中更具优势。
农业和环境监测：
LTE-M：可用于监测土壤湿度、温度和其他环境参数，支持农业物联网的应用。
eMTC：同样适用于农业物联网，但其更高的数据速率和移动性使其在需要实时数据传输的应用中更具优势。
性能指标
覆盖范围：
LTE-M：城市环境下的覆盖范围为1公里，乡村环境下的覆盖范围为10公里。
eMTC：利用现有的LTE基站提供更广泛的覆盖范围，适用于城市和乡村环境。
功耗和续航时间：
LTE-M：具有较低的功耗和较长的电池续航时间。
eMTC：同样具有较低的功耗和较长的电池续航时间，但相对于NB-IoT，其功耗可能略高。
LTE-M和eMTC都是3GPP标准下重要的LPWAN技术，适用于物联网应用。两者在技术特点、应用场景和性能指标上各有优势。如果对语音、移动性和速率有较高要求，则选择eMTC技术;如果对成本和覆盖有更高要求，则可以选择NB-IoT。
六、 LPWA技术在保障数据安全方面的最新进展。
LPWA(低功耗广域网)技术在保障数据安全方面取得了显著进展，主要体现在以下几个方面：
数据加密：
LoRaWAN技术通过使用128位AES加密，确保从传感器到应用服务器以及返回的所有数据的安全性。这种多层次的加密机制使得LoRaWAN成为市场上最安全的LPWA解决方案之一。
其他LPWA技术如NB-IoT和Sigfox也采用了类似的数据加密措施，以防止数据泄露和未经授权的访问。
设备认证：
LoRaWAN定义了两个密钥：NwkSKey用于保障终端节点传输到网络服务器之间的数据完整性，APPSKey用于加密传输的数据，以保障终端节点到应用服务器之间的数据机密性。
ZETA技术在设备接入时进行存取验证，通过计算生成的Auth值进行设备身份验证，确保只有合法设备能够接入网络。
访问控制：
LPWA网络依赖于多种安全机制来防止数据泄露和未经授权的访问。这些机制包括身份认证和访问控制等措施。
例如，LoRaWAN和NB-IoT等技术通过绑定设备的权限、身份和信任信息，避免伪装和冒充等问题，并防止未授权的节点接入LPWAN网络。
协议安全：
使用更安全的协议如SSL/TLS来保证数据传输的安全性。
LoRaWAN还结合了设备认证和加密技术，确保数据的机密性和完整性。
定期安全审计和固件更新：
行业专家强调，为了缓解LPWAN的安全风险，组织需要定期进行安全审计和固件更新，以解决任何潜在的漏洞。
未来发展趋势：
随着LPWA技术的标准化工作进一步完善，预计其在功耗、覆盖范围、数据率等方面将更加优越。
LPWA技术将继续发展，特别是在与5G集成的情况下，将进一步提升其安全性和可靠性。
总体而言，LPWA技术在数据安全方面已经取得了显著进展，通过多种加密、认证和访问控制机制，确保了数据传输的安全性和隐私性。
