低功耗广域网(LPWAN)技术是一种专为物联网(IoT)应用设计的无线通信技术，旨在为大量设备提供低功耗、远距离的通信连接。这种技术在物联网领域具有广泛的应用前景，因为它可以为各种设备提供可靠的、低成本的通信连接。LPWAN技术能够以低比特率进行远距离通信，同时满足覆盖和续航的要求，以最小的功耗提供最长的距离覆盖是其最大的技术优势。
从应用角度来看，LPWAN具有功耗低、通信速率较慢的特点，能够支持低速率需求场景下的物联网应用;从网络部署角度来看，LPWAN具有传输距离远的优点。LPWAN的工作原理是将物联网设备连接到LPWAN网络中，通过网络进行通信。物联网设备可以通过无线模块将数据发送到LPWAN网络中，然后通过网络将数据传输到云端服务器中，在云端服务器中，可以对数据进行处理和分析，从而实现物联网设备的监测和控制。
LPWAN网络由三个主要部分组成：节点、网关和云服务器。节点是物联网设备，它们通过无线信号和网关通信。网关连接到云服务器，负责将传输的数据传输到云服务器。LPWAN可分为两类：一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术;另一类是工作于授权频谱的NB-IoT等技术。
LPWAN技术基于无线电频谱，利用低功耗和窄带宽的特点实现长距离的通信。它通常使用以下几种无线通信技术：TPUNB (低功耗广域网络) TPUNB®(Techphant Ultra-Narrow Band)是技象科技聚焦物联网底层硬核关键技术，100%自主研发的LPWAN无线窄带通信系统，通过TPUNB实现长距离的通信。
LPWAN技术适用于长距离传输少量数据，同时电池寿命能够维持多年的应用场景。这是LPWAN与蓝牙、RFID、蜂窝M2M和ZigBee等其他无线网络协议的主要区分。例如，LPWAN技术可以用于智能城市的监测和管理，例如智能照明、环境监测和交通管理等;农业领域的远程监测和智能灌溉，帮助提高农作物的产量和质量;工业自动化，用于工业设备的远程监控和故障诊断等。
一、 LPWAN技术在智能城市中的具体应用案例是什么?
LPWAN技术在智能城市中的具体应用案例包括但不限于以下几个方面：
- 智慧城市解决方案：德国的MXC极域利用LPWAN和边缘AI技术，结合太阳能驱动的摄像头，提供低功耗AI智慧城市解决方案。
- 无线消防系统：在智慧城市的应用中，TPUNB技术被应用于无线消防系统，这是智慧城市应用的一个重要组成部分。
- 街道照明、工业农业或电表计量：LPWAN技术适用于大范围的物联网应用场域，如智慧城市中的街道照明、工业农业或电表计量等应用。
- 智能建筑和智能农业：许多城市正在整合LPWAN技术，以支持智能建筑和智能农业等物联网应用。
- 高尔夫球场管理：卡尔加里市的Shaganappi高尔夫球场使用了LPWAN技术，展示了其在智慧城市中的应用潜力。
- 与5G联手：LPWAN正在成为智慧城市无线连接中的新势力，通过物联网传感器、通信网络、实时数据和其他信息和通信技术连接城市的各个方面，整个城市的传感器捕获的数据通过高速网络传输。
这些案例展示了LPWAN技术在智能城市中的广泛应用，从基础设施到公共服务，再到个人生活，LPWAN技术正逐步改变着城市的运作方式。
二、 LoRa和SigFox等非授权频谱LPWAN技术的性能比较如何?
LoRa和SigFox作为非授权频谱的LPWAN技术，各有其特点和优势。我们可以对这两种技术的性能进行比较。
这一点与SigFox形成对比，后者虽然也支持双向通信，但具体实现方式不同，使用的是DBPSK和GFSK的不同方向。因此，在需要双向通信的应用中，LoRa可能是更合适的选择。
这意味着LoRaWAN可能在可扩展性和互操作性方面具有一定的优势。
然而，SigFox作为一个全球性的IoT运营商，旨在通过简单的API集成通信，为运营商提供全球IoT网络的能力。这表明SigFox在构建易于集成和全球覆盖的网络方面可能有其独特的优势。
LoRa和SigFox各有千秋。而对于那些寻求简单集成和全球网络覆盖的用户来说，SigFox可能更加适合。此外，两者都具有长距离、低功耗的特点，适用于物联网领域中的各种应用。因此，最终的选择应基于具体的应用需求和场景来决定。
三、 NB-IoT技术在授权频谱上的优势和局限性是什么?
NB-IoT技术在授权频谱上的优势主要包括：低功耗、广覆盖、高安全性、无需重新布建网络等。具体来说，NB-IoT技术是一种3GPP标准定义的LPWA解决方案，它克服了物联网主流蜂窝标准设置中功耗高和距离限制的问题，采用授权频谱，适合广泛部署在智能家居、智能城市、智能生产等领域。NB-IoT仅消耗约180kHz频段，可直接部署在GSM网络、UMTS网络或LTE网络之中，支持待机时间短、对网络连接要求较高的设备连接。此外，NB-IoT使用License频段，可以采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存，这不仅降低了成本，还提高了数据的安全性和可靠性。最后，NB-IoT使用需授权的GSM和LTE频段，且不需重新布建网络，只要更新软件，就能使用现有的4G基站和相关设备。
然而，NB-IoT技术在授权频谱上也存在一定的局限性。例如，虽然NB-IoT技术具有通信质量可靠、安全的优点，但其终端成本及功耗相对较高。这意味着在某些应用场景下，可能会因为成本和功耗的考虑而限制其应用范围。此外，尽管NB-IoT技术能够在现有的蜂窝网络基础上进行快速部署，但在实际应用中，可能还需要考虑到频谱资源的分配和管理问题。
NB-IoT技术在授权频谱上的优势主要体现在低功耗、广覆盖、高安全性和便于部署等方面，但也面临着终端成本及功耗较高、以及需要有效管理频谱资源等挑战。
四、 LPWAN网络的安全性如何保障，存在哪些潜在的安全风险?
LPWAN网络的安全性保障主要依赖于多种安全机制，包括数据加密、身份认证和访问控制等措施来防止数据泄露和未经授权的访问。随着技术的发展，未来LPWAN技术将更加注重数据安全性，加强数据加密和认证等安全措施，以保障数据的安全性和隐私性。此外，还有研究提出了针对LPWAN系统的安全性和漏洞的检查方法，这些方法基于OWASP(开放网络应用安全项目)提出的测试开发控制，主要用于识别弱点并提供测试建议以验证它们。
尽管如此，LPWAN网络仍然存在一些潜在的安全风险。例如，有研究指出LPWAN技术如IQRF在物联网应用中越来越受欢迎，但它们容易受到网络攻击，这可能会中断网络的正常运行或泄露敏感信息。此外，还有研究调查了LoRaWAN技术中的潜在安全风险和网络漏洞，并为LoRaWAN建立了漏洞目录，这表明即使是特定的LPWAN技术也面临着安全挑战。LPWAN网络面临的其他安全和隐私威胁也被广泛讨论，这表明尽管采取了多种安全措施，但仍需不断努力以应对新的安全挑战。
LPWAN网络通过采用多种安全机制来保障数据的安全性，但仍然存在一些潜在的安全风险，需要持续的研究和改进来应对这些挑战。
五、 如何评估LPWAN技术在不同行业(如农业、工业自动化)中的应用效果和经济效益?
评估LPWAN技术在不同行业中的应用效果和经济效益，首先需要了解LPWAN技术的特点及其在特定行业中的应用情况。LPWAN(低功耗广域网)技术因其低功耗、长距离传输能力而被广泛应用于物联网领域，特别是在农业和工业自动化等行业中。
在农业领域，LPWAN技术通过支持精准农业技术的实施，能够提高作物产量并减少浪费。例如，LoRa作为LPWAN技术的一种，在智慧农业中的应用包括管理作物、运输产品和维持储存条件等方面，为智慧农业应用生态做出了巨大贡献。此外，LPWAN技术还能够实现大田远程灌溉等智能灌溉系统，提高农业生产效率。然而，需要注意的是，尽管LPWAN技术在农业中的应用前景广阔，但其落地成本可能超过业务场景的关联价值，这可能会限制其在某些应用场景中的推广速度。
在工业自动化领域，LPWAN技术通过实现大规模自动化，促进了工业设备的精准数据采集和数据分析的进步。这种技术的应用不仅提高了生产效率，还有助于降低运营成本。然而，与农业领域类似，LPWAN技术在工业自动化领域的应用也面临着成本和技术挑战。
评估LPWAN技术在不同行业中的应用效果和经济效益时，需要综合考虑技术特点、应用场景、成本效益比以及潜在的市场空间等多个因素。虽然LPWAN技术在农业和工业自动化等领域具有显著的应用潜力和经济效益，但其推广和应用还需克服成本和技术上的挑战。因此，对于LPWAN技术的评估应基于具体的应用案例和市场反馈进行，以确保技术的有效性和经济性。
