LPWAN最适合不需要人为干预且需要较长电池寿命的远程应用。根据应用的不同，一些设备在不更换电池的情况下可以运行长达10年。LPWAN应用范围也不断扩大，包括智能停车、资产跟踪、动物健康监测和客服自动化等。
低功耗广域网（LPWAN）技术近年来得到极大发展。如今，最具竞争力的两种LPWAN技术分别是LoRaWAN和LTE。LoRaWAN规范背后的组织是LoRa联盟，其成员数量近年不断增加。AT&T和Verizon等LTE运营商也已制定了完整的LTE设备认证计划。LPWAN最适合不需要人为干预且需要较长电池寿命的远程应用。根据应用的不同，一些设备在不更换电池的情况下可以运行长达10年。LPWAN应用范围也不断扩大，包括智能停车、资产跟踪、动物健康监测和客服自动化等。
LPWAN应用
在繁忙的街道中寻找停车位既耗时又令人沮丧。智能停车位配备了地下传感器，这些传感器连接到应用程序，使用户能够精准定位可用停车位，避免了漫无目的地寻找车位。这些传感器连接到LPWAN网络，无需人工干预维护，可以运行多年。
采用LTE网络进行的实时资产跟踪既便利又节省成本。例如，配备了LTE设备的货物可将实时位置数据传送给运输公司和客户。特别是对价值较高资产（如医疗物资等）的下落进行跟踪确实可以让人安心。
通过检测运动模式来监测农场动物的健康是另一个受欢迎的LoRaWAN应用。健康的动物比患病的动物更活跃；当动物生病时，它会躺下休息或不会四处走动。通过获取实时报告，农场主可以快速解决问题。
最后，LPWAN还可用于改善客户服务。例如，一家需要丙烷材料的制造商的位置可能远离丙烷供应商，但配备了LPWAN设备之后，供应商可以实时跟踪丙烷水平；当储存位下降到预定阈值时，设备会自动发送信号给供应商以进行补充，而不会打扰客户。而且实时数据也可防止丙烷耗尽的情况发生。
LPWAN需要新的设计
LoRaWAN使用无需授权的频谱，因此用户无需支付频谱许可费用。而LTE用户需要向提供服务的LTE经营者或运营商按月支付许可费用。
在设计网络时，开发人员通常需要执行一些步骤，这些步骤可以在内部执行，也可以由第三方执行，具体取决于项目要求和公司开发人员的经验水平。具体如下：
˙定义产品规格和原型（通常在内部进行）
˙根据产品规格进行初始产品性能测试（通常在内部进行）
˙获得所需的认证（通常在内部和外部进行）
˙最终测试和产品发布（通常在内部进行）
获得必要的认证很重要
LPWAN产品的开发涉及两个方面。一方面涉及产品性能，例如设备运行速度和/或所需的功率；另一方面涉及LTE运营商所能提供的外部网络互操作性。很多国家的运营商都要求设备认证以确保LPWAN设备能够按照运营商的网络规范运行。至少，它要求设备不能引入有害的电谐波，因为这种谐波会对网络造成电磁干扰。此外，运营商还希望确保设备的射频（RF）正常工作。因此，认证至关重要。根据法规，未经认证，支持授权频谱的LPWAN设备不允许出售到特定区域。LoRaWAN（非授权频谱）背后的组织LoRa联盟也要求对LPWAN设备进行认证，以确保互操作性。
目前有两个级别的认证要求。
在政府级别，有FCC（北美）和CE（欧洲）认证。然后是各种网络运营商和联盟所要求的无线电信通用认证，其中包括：
˙美国无线通信和互联网协会（CTIA）（北美）的PTCRB认证，但非会员的Verizon除外
˙全球认证论坛，即GCF（欧洲和亚洲）认证
北美CTIA于1997年启动了PTCRB认证。PTCRB使用国际移动设备识别码（IMEI）用于跟踪移动设备、物联网、M2M设备和模块以进行认证。PTCRB涵盖了AT&T、T-Mobile和加拿大网络等运营商的认证要求，另外还确保设备的射频正常工作，且SIM卡接口设计正确。
Verizon拥有自己的认证流程，它不属于PTCRB。因此，需要Verizon认证的设备要通过单独的Verizon ODI（开发开发项目）认证流程。
GCF成立于1999年，提供包括物联网设备在内的移动和蜂窝设备的认证。其目的是使用3GPP技术主要确保欧洲和亚洲地区的全球互操作性。3GPP技术包括了GERAN（GSM）、UTRAN（UMTS）和E-UTRAN（LTE）。
采用LPWAN模块进行设计
影响认证总成本的因素有很多，设备的复杂性、开发人员的经验以及认证前的准备工作都很重要。以下的成本估计（美元）仅供参考：
˙侧重于RF设计的FCC或同等机构测试，用于确保其辐射不会影响其它设备（2,000至6,000美元）
˙PTCRB认证（20,000至50,000美元，具体取决于设备类型）
˙Verizon ODI认证（最高150,000美元）
˙GCF认证（20,000至50,000美元，具体取决于设备类型）
如果第一次未通过测试，将会产生额外的费用。认证过程非常昂贵，因为设计一个新的网络需要经历一个学习周期。除非开发人员已进行了早期认证，否则很难预测将花费多少时间。
但是，对模块供应商而言，情况就不同了。模块通过认证后，将可以反复出售。因此，其投资回报率要比某家公司单独研发要高得多。对于开发人员而言，使用预先认证的模块也可以节省大量的时间和精力。选择预先认证的模块可以避免从头开始进行认证过程。终端设备仍然需要认证，但这个过程要简单得多。
LPWAN模块被应用于传感器和各种终端设备中，有时也用于网关设备。（图片来源：Nimbelink）
责编：Amy Guan
本文为《电子工程专辑》2020年9月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅
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