主流无线技术的选型困局

2020第六届中国硬件创新大赛全国总决赛将于11月15日9:00在深圳会展中心举办，大赛组委会为大家带来总决赛入围项目“LaKi超低功耗实时广域网技术射频SoC芯片和协议”的专栏文章《千米电子发明物联网基础新技术，LaKi打破技术选型行业大困局》。  

“万物互联”是人们对未来物联网的美好愿景，它的关键在于连接。有线连接受基础设施的影响比较大，局限比较多；而无线连接相对比较自由，部署和维护更加容易，因此无线技术一直是物联网连接技术的首选。 

主流无线技术的选型困局

现阶段用于物联网连接的无线技术主要有蓝牙、Zigbee/Zwave、WiFi、NB-IoT、LoRa、蜂窝技术等。根据通讯距离的远近，可简单分为短距技术和长距技术两大类。蓝牙、Zigbee/Zwave、WiFi属于短距技术，它们由于覆盖能力弱，很难用来进行大规模部署，因此，他们注定无法用于物联网的广泛覆盖。NB-IoT、LoRa、蜂窝技术属于长距技术，由于通讯距离长，覆盖能力强，适合快速、大规模的网络部署，特别是近年来NB-IoT和LoRa等低功耗广域网（LPWAN）技术的出现，其功耗低、通讯距离长和容量大等特性让建网成本、终端成本等进一步下降，在不温不火的物联网市场掀起了一个小高潮。

尽管无线技术众多，但对于物联网从业者们来说，技术选型是个让人非常头痛的问题，因为这些技术似乎都只能满足一小部分应用的需求。例如，蓝牙、Zigbee/Zwave等可以满足大部分物联网应用对于低时延和低功耗的需求，但由于通讯距离短、容量小，小规模部署尚可，大规模布网时就成本高昂、管理复杂而不可用；WiFi的优势在于带宽大，数据速率高，可这些优势对于大多数物联网应用来说并不必需，加上通讯距离短、功耗高，在物联网实际应用中缺少存在感；蜂窝技术是应用最广泛的无线技术之一，但它较高的功耗和终端成本则大大限制了其在物联网中的应用；LoRa和脱胎于蜂窝技术的NB-IoT等低功耗广域网技术虽然解决了功耗和成本的问题，但他们的低功耗都是以牺牲时延为代价的，就无法低成本地实现低时延物联业务的接入，因此只适合接入对时延要求低和数据速率低的业务，而这部分业务在整个物联网行业中所占的比重并不大（少于30%），使得低功耗广域网的应用价值大大缩水，这可能是在国内各运营商投入大量资源推广NB-IoT但却进展缓慢的根本原因。

由此可见，选型困局实际上源自于主流无线技术的本身局限。在没有更好的技术选择的情况下，人们不得不向现实妥协，只能根据应用特点和使用场景来选择适合的技术以获得较好的投资回报。久而久之，这种观念深入人心，成为物联网从业者的根深蒂固的观念。

但这样的妥协并没有带来足够好的投资回报，反而导致应用碎片化、网络复杂化、价值单一化等问题，对物联网行业的发展非常不利，很难让物联网行业真正繁荣。中国物联网市场可能就是明证。中国是全球NB-IoT网络部署和应用最广泛的国家，也是LoRa应用最多的国家（据2018年Semtech财报，其主推的LoRa有60%的市场营收来自于中国），这些都表明中国是全球最繁荣和最大的物联网市场。但如果仔细分析下国内的物联网市场，就会发现这种繁荣的虚火有点旺，因为很多项目里有大量政府补贴，而一旦没有政府补贴，没有人愿意建设它们。造成目前这种困局的根本原因就是它们的投资回报不够高。根据经济学的理论，无论哪种行业要想真正地繁荣，必须要有足够的投资回报，这样才可能吸引各种资本的积极参与，才能实现行业的真正繁荣。

千米电子发明的LaKi技术打破了选型困局

千米电子从2014年就注意到了物联网行业的投资回报低的难题，并试图着手解决这个行业大问题。幸运的是，千米电子核心团队成员受益于改革开放中高科技企业“引进来、走出去”的伟大国策，在相关中外高科技企业中进行了大量科研实践，积累了深厚的技术能力和研发经验，包括在实现难度很高的射频等领域也拥有大量成功的设计经验。

千米电子首先仔细分析了物联网市场的关键成功要素，发现如果可以研发出一种能够同时实现广覆盖、低功耗和低时延这三大关键特性的无线技术，而且具备一定的数据速率的话，那么这种技术就既可以具备低功耗广域网的低成本，又具备蓝牙、Zigbee等物联网络的高价值，从而实现了总体成本低而投资收益高，这样的网络投资回报自然就会高，就会从技术的角度解决了物联网行业存在多年的难题，从而有机会让物联网行业实现爆炸式发展。

然后，千米电子深入研究了各种主流无线技术，发现通过优化现有的无线技术是无法实现这个目标的，因此回到原点，从物联网本身的数据和通讯特点出发，试图找到一个能够同时实现广覆盖、低功耗和低时延的技术途径。

经过五年的潜心研发，千米电子完成了一种新的无线通讯协议的开发，并在2020年3月底成功下线了第一批量产射频SoC芯片，至此，千米电子以一己之力完成了一个包含了MAC层通讯协议和PHY层芯片的完整的通讯技术。千米电子的射频SoC芯片集成了射频、功放、基带、RTC、32位CPU、PMU、AES128加密等电路模块，集成度很高；而这些电路模块中，除了CPU是外购IP外，其他均为千米电子自主设计和研发，具有完全的知识产权。搭载这颗量产芯片的标准型模组在现实环境中的实测结果表明，其通讯距离可达1.5公里，发射电流4.5mA@0dBm，8.5mA@4dBm，接收电流7.5mA（Max gain）。在1公里以上通讯距离、监听周期为1秒的双向实时通讯模型下，这个标准型模组的平均电流约3微安，折算成年均功耗不超过30mAh/年；而在上述双向实时通讯模型下，加了13dBi的外置功放的增强型模组的通讯距离可达5公里以上，最大工作电流（Rx和Tx）不超过20mA，平均电流约4微安，年均功耗也不超过40mAh/年。这样的功耗，即使用一颗纽扣电池供电，也可以让它们在双向实时通讯模型下续航数年！而LoRa、NB-IoT等以低功耗见长的低功耗广域网技术的模组的睡眠功耗一般也要3mA以上，这就是说，千米电子新技术在长距离通讯中的双向实时通讯模型下的功耗与低功耗广域网技术的睡眠功耗相仿甚至更低！

而且，千米电子发明的这种新技术最高速率可达1Mbps，最低也有250Kbps，用户处理能力可超过单信道2000终端/秒。可见，这种新技术不光同时实现了广覆盖、低时延和低功耗这三大关键特性，还具有较高的数据速率和很大的用户处理能力！非常适合物联网最后一公里低成本海量覆盖，基于这个特点，千米电子把这种新技术命名为LaKi，取名于Last Kilometer IoT coverage，音同lucky。

LaKi的优势还不仅于此。与以低功耗、低时延等特性而经常被人们选用的蓝牙、Zigbee等无线技术对比来看，LaKi在同样的通讯距离下功耗更低，而且通讯距离越长，LaKi的功耗优势越明显。带宽与它们相比起来也毫不逊色。

综上所述，与在物联网应用的主流无线技术蓝牙、Zigbee、NB-IoT、LoRa等比较起来，LaKi具备它们各自的优势，甚至指标更好，是目前唯一同时实现广覆盖、低时延和低功耗的完整无线通讯技术，加上较高的数据速率，人们不再需要根据应用特点来选择无线技术，只需建设一张LaKi网络就可以接入绝大多数物联网应用。而LaKi技术的建网和终端成本低，LaKi网络的应用价值非常高，投资回报很高，具备作为通用物联技术的所有要素，拥有引爆物联网行业的巨大潜力。

责任编辑：lq