基于物聯(lián)網(wǎng)的Weightless—P技術(shù)淺析

曾張帆　周艷玲　劉文超　邢賽楠

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了專(zhuān)門(mén)為物聯(lián)網(wǎng)通信而設(shè)計(jì)的Weightless-P技術(shù)，對(duì)該技術(shù)的諸多關(guān)鍵指標(biāo)，比如系統(tǒng)容量、成本、功耗、安全性、可靠性和系統(tǒng)覆蓋范圍進(jìn)行了描述和討論。Weightless技術(shù)在功耗、成本、安全性等方面實(shí)現(xiàn)了平衡，能夠適用于未來(lái)復(fù)雜多樣的通信場(chǎng)景中。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；Weightless-P；頻段；蜂窩通信

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393.071 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.136

1 Weightless-P技術(shù)概述

Weightless-P技術(shù)是由英國(guó)劍橋大學(xué)教授William Web在2012年針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中低功耗、低成本和復(fù)雜多變的通信場(chǎng)景而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的無(wú)線通信技術(shù)，主要工作在1 GHz以下的免費(fèi)頻段內(nèi)。相比傳統(tǒng)的蜂窩無(wú)線通信技術(shù)，比如3G、4G，Weightless技術(shù)在功率和成本方面的要求比較低。而相對(duì)于傳統(tǒng)的近距離無(wú)線通信技術(shù)，比如Wi-Fi等，Weightless-P技術(shù)則在覆蓋范圍方面表現(xiàn)得更廣。本文簡(jiǎn)要介紹一下Weightless-P技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

2 Weightless-P技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)

2.1 系統(tǒng)容量

系統(tǒng)容量的概覽非常關(guān)鍵，它不僅指同時(shí)接入的節(jié)點(diǎn)次數(shù)，還需要考慮平均數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、傳輸時(shí)間、傳輸頻率和干擾消除，而容量可擴(kuò)展性會(huì)受到通信帶寬極大的影響。通常來(lái)說(shuō)，在上行通信較多的應(yīng)用場(chǎng)景中，帶寬小能夠提供最優(yōu)的信道容量。在這一點(diǎn)上，Weightless-P技術(shù)采用12.5 kHz這類(lèi)比較小的帶寬進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以解決上行通信帶寬的擴(kuò)容問(wèn)題。此外，Weightless-P技術(shù)采用頻率復(fù)用技術(shù)達(dá)到200 bps的數(shù)據(jù)率。Weightless-P技術(shù)的頻率工作在國(guó)際電信聯(lián)盟指定的免費(fèi)頻段sub-GHz ISM/SRD。

2.2 成本

在大部分物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，成本是非常重要的指標(biāo)，特別是在選擇免費(fèi)頻段無(wú)線通信技術(shù)還是傳統(tǒng)的需要付費(fèi)頻段的蜂窩M2M技術(shù)時(shí)。Weightless-P采用GMSK和OQPSK這類(lèi)常用的調(diào)制技術(shù)，大大減少了終端芯片的開(kāi)發(fā)成本，降低了開(kāi)發(fā)難度。

2.3 功耗

不少物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品是由電池供電的，因此，在電池容量一定的條件下，產(chǎn)品的功耗成為了重要指標(biāo)?？偟哪芰繐p耗包括數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的能量消耗和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間，也就是占空比。同樣，使用GMSK和OQPSK的Weightless技術(shù)在干擾抑制方面有出眾的表現(xiàn)，所以，在信道條件一定的情況下能夠大大減少能量的消耗。此外，經(jīng)過(guò)測(cè)試，終端設(shè)備的發(fā)射功率在17 dBm，大大小于需要50 dBm發(fā)射功率的傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

2.4 系統(tǒng)可靠性

根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，Weightless-P支持3種不同的重傳方式，即只有上行重傳、上行和小部分下行重傳和雙向重傳，這大大減少了誤碼率。此外，Weightless-P采用糾錯(cuò)碼、自動(dòng)重傳請(qǐng)求機(jī)制和自適應(yīng)信道編碼機(jī)制能技術(shù)，能夠有效保障數(shù)據(jù)的正確傳輸。

2.5 覆蓋范圍

通信系統(tǒng)的覆蓋范圍決定了小區(qū)邊緣用戶的吞吐量，特別是在比較復(fù)雜的環(huán)境中，比如群密集的城市中，或是在一棟大樓里。覆蓋范圍是由信號(hào)傳播路徑、功率損耗、天線尺寸、信號(hào)發(fā)射功率和天線位置等因素決定的。Weightless-P技術(shù)適用的低速率傳輸場(chǎng)景能夠?yàn)槿丝诿芗某鞘协h(huán)境提供2 km的覆蓋范圍。

2.6 安全性

安全性是每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)都需要考慮的問(wèn)題。Weightless-P技術(shù)采用目前最新的AES-128/256加密技術(shù)和雙向安全認(rèn)證技術(shù)，保障了終端節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)集中控制器的安全性和數(shù)據(jù)的完整性。此外，Weightless-P技術(shù)在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，每次將產(chǎn)生不同的偽隨機(jī)碼對(duì)待傳數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼，從而達(dá)到加密的效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

Weightless-P技術(shù)是一種專(zhuān)門(mén)為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。綜上，Weightless-P技術(shù)繼承了傳統(tǒng)蜂窩無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，裁剪了物理層和協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)了功耗、性能和成本之間的平衡。此外，Weightless技術(shù)充分考慮了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，能滿足未來(lái)復(fù)雜多樣的通信場(chǎng)景的技術(shù)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯(lián)網(wǎng)：概念、架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究綜述[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（3）：1-9.

[2]William Webb.Standard's net gains.Engineering &Technology，2013（5）：76-78.

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