作為目前最簡單、最低成本的廣域物聯(lián)網(wǎng)連接方案，LPWAN自2015年以來一直是全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中萬眾矚目的焦點，經(jīng)過了數(shù)年的技術(shù)迭代與市場驗證，同時伴隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)界對于物聯(lián)網(wǎng)連接“60%-30%-10%”的結(jié)構(gòu)形成共識，圍繞著60%的低功耗廣域網(wǎng)市場已經(jīng)培育出了以燃氣、水電表、煙感、電動車、路燈為代表的成熟行業(yè)應用。 

江山代有才人出，從業(yè)界初步認識到LPWAN的價值起，相伴而行的便是多種技術(shù)不斷推出并開啟商用競賽。也正是在這一過程中，高達億級的連接數(shù)驅(qū)動了LPWAN的生態(tài)繁榮和成本下降，在激烈的市場競爭中，有不少傳統(tǒng)的強者逐漸成為前浪，但是同時不斷有行業(yè)新貴與創(chuàng)新技術(shù)入場競技。如今，隨著AIoT深化發(fā)展，面對業(yè)內(nèi)涌現(xiàn)的新需求與新機遇，LPWAN領(lǐng)域行業(yè)新貴又該如何突圍，打破固有的市場格局呢？ 

作為國產(chǎn)新星，WIoTa針對LPWAN領(lǐng)域應用提供了深度技術(shù)優(yōu)化，通過全自主IP創(chuàng)新、蜂窩化組網(wǎng)技術(shù)、同步+異步融合機制、高安全方面的技術(shù)和應用創(chuàng)新，已經(jīng)成功在LPWAN市場中搶下了一席之地，在追求更低功耗、更高性價比基礎(chǔ)上，將LPWAN推向新的時代，為LPWAN賦予了更大容量、更廣覆蓋、更高安全的行業(yè)屬性，并具備提供綜合物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務能力。

LPWAN新銳用“組合拳”直擊行業(yè)痛點

面向高度碎片化的物聯(lián)網(wǎng)市場，各行業(yè)的需求千差萬別，一套技術(shù)體系顯然無法滿足所有場景的差異化通信需求。即使是需要低速率、低功耗、長距離的LPWAN領(lǐng)域，各個細分行業(yè)的具體場景也要考慮到很多因素，使得單一的LPWAN技術(shù)無法覆蓋這一60%連接的領(lǐng)域。而這也給了多樣化LPWAN技術(shù)體系生存和商用的機會。御芯微認為，面向高度碎片化的物聯(lián)網(wǎng)市場，各行業(yè)的需求千差萬別，很難形成技術(shù)壟斷，凡是能適應市場需求的技術(shù)都會有很好的成長空間。

縱觀LPWAN技術(shù)百舸爭流的發(fā)展歷程，SigFox曾輝煌一時卻也黯然退場，LoRa則依托Chirp 擴頻的方式，在點對點傳輸、遠距離、低功耗等方面，相較傳統(tǒng)FSK和單載波DBPSK等技術(shù)獲取了比較領(lǐng)先的市場優(yōu)勢。目前LPWAN技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了成熟的產(chǎn)業(yè)應用，但隨著AIoT進入產(chǎn)業(yè)增長期，行業(yè)痛點愈發(fā)清晰，現(xiàn)有技術(shù)也面臨著更大的挑戰(zhàn)：

l  首先，多數(shù)LPWAN由于其調(diào)制解調(diào)方式比較簡單，更加注重點對點的通信能力，但隨著節(jié)點數(shù)量的增多，以及同一區(qū)域多個應用的網(wǎng)絡(luò)部署，互相干擾問題日漸突出，特別是對一些具備超高靈敏度的LPWAN技術(shù)，在很大范圍相近頻點都會存在系統(tǒng)性干擾問題，從而限制系統(tǒng)的容量。

l  其次，現(xiàn)有LPWAN調(diào)制解調(diào)技術(shù)普遍不具備大范圍內(nèi)自適應編碼調(diào)制以及高階調(diào)制的能力，來適應大容量的應用場景。

l  第三，現(xiàn)有LPWAN普遍不具備防止惡意干擾的能力，對特殊場景使用存在隱患。

l  第四，現(xiàn)有LPWAN超低功耗喚醒的方案普遍比較弱，誤喚醒和換不醒的矛盾很難解決。

l  最后，部分LPWAN技術(shù)在安全性層面缺乏自主可控，存在不同程度的安全隱患。

御芯微洞察了LPWAN市場的豐富需求點，選擇了“大容量、廣覆蓋、抗干擾、高安全、低成本，以及綜合物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務能力”的“組合拳”打法來應對行業(yè)的切實痛點。

WIoTa網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

首先是大容量——WIoTa的同步模式吸取蜂窩通信同步機制的性能優(yōu)點，針對IoT上行占比高的特點，設(shè)計了深度優(yōu)化的短消息模式，避免了傳統(tǒng)通信協(xié)議中復雜的握手機制。在這些創(chuàng)新設(shè)計的支撐下，WIoTa同步星型模式具備其他LPWAN不具備的大容量能力，可以在物理層實現(xiàn)多終端的調(diào)度，解決通信互干擾問題。在多用戶系統(tǒng)超密集場景下，WIoTa的并發(fā)量相比其他LPWAN高出了一到兩個數(shù)量級。

其次是廣覆蓋——WIoTa通信的設(shè)計初衷就是靈活可配置，可支持多種組網(wǎng)方式，包括同步星型模式、異步星型模式和MESH模式等，盡量適應多種通信需求，從而滿足更多行業(yè)應用，甚至可以聯(lián)合合作伙伴進行定制化研發(fā)。針對實際應用中，AP選址困難、深度覆蓋困難的需求，WIoTa通信協(xié)議在典型網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上可以配置分層網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更完善的覆蓋。例如，面對配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的多樣性與復雜情況，WIoTa采用星型和分層覆蓋的方式，可以兼顧容量的深度覆蓋，解決電力傳輸線、地下室場景的信號覆蓋問題。WIoTa的AP同步機制，可以支持類蜂窩的組網(wǎng)能力，極大拓展物聯(lián)網(wǎng)應用的覆蓋范圍。

第三是抗干擾——WIoTa可以在超低信噪比下工作，物理層創(chuàng)新的設(shè)計了可擴展的增強型幀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了接收靈敏度低于-145dBm，具備較強的抗噪聲能力。與此同時，WIoTa信道設(shè)計上充分考慮大量連接設(shè)備下同頻同系統(tǒng)內(nèi)的干擾問題，采用由終端id與子網(wǎng)id聯(lián)合產(chǎn)生的隨機碼做分層加擾，最大程度上避免LoRa、WiFi等在密集場景下自干擾的問題。
第四是高安全——WIoTa物理層獨特的幀頭設(shè)計，將幀頭信號與子網(wǎng)id深度綁定。即使在同一帶寬配置下，幀頭信號也復雜多變。對于惡意監(jiān)聽者，在不具備完全的子網(wǎng)信息與終端信息的前提下，無法對網(wǎng)絡(luò)信號解析獲取傳輸信息。相對的，惡意發(fā)送WIoTa信號也無法對當前網(wǎng)絡(luò)造成影響，不會導致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

WIoTa全自主中國芯

目前，基于新一代LPWAN技術(shù)的WIoTa芯片UC8288，以及IoTE模組UCM200和AP模組UCM202，已實現(xiàn)規(guī)?；逃?。

l  UC8288

UC8288是搭載WIoTa通信協(xié)議的高集成度SoC芯片，集成了：

u  32位RISC-V MCU，最高主頻達150MHz

u  高性能低功耗基帶處理單元

u  130MHz-1200MHz射頻收發(fā)單元（工作帶寬從12.5KHz到400KHz）

u  DCXO、PMU單元

u  12bits ADC、10bits DAC、SPI、UART、I2C、PWM、GPIO等豐富外設(shè)

u  PUF（物理不可克隆加密模塊）、AES128加解密引擎，完善的代碼和空口數(shù)據(jù)加密機制

UC8288芯片系統(tǒng)框圖

l  UCM200

UCM200是WIoTa的基礎(chǔ)版IoTE終端模組，由一片UC8288和電阻電容等外圍器件組成，配套模組開發(fā)板，支持二次開發(fā)驗證。支持12.5KHz-400KHz帶寬，最高3bps/Hz高階調(diào)制，支持同步、異步和Mesh多種組網(wǎng)方式。

UCM200（WIoTa IoTE模組）

l  UCM202

UCM202是WIoTa的基礎(chǔ)版AP（網(wǎng)關(guān)）模組，也是高性能IoTE（終端）模組。配套IoTE模組進行同步AP星型組網(wǎng)模式的商用部署。

UCM202（WIoTa AP模組）

對比新一代LPWAN的需求，大容量是UC8288系列芯片/模組的亮點，它最高可以支持1Mbps的吞吐率，同時支持10ppm低成本晶體的遠距離傳輸?；赨C8288，可以形成IoTE終端，配合較高性能MCU和高性能時鐘芯片作為AP接入點，同時如果擴展多顆UC8288，可以組成大容量和多通道的AP。

其次，UC8288芯片還具有廣覆蓋的能力，它支持多種組網(wǎng)和傳輸模式，這些模式給它帶來了豐富的組網(wǎng)功能：

u  星型同步模式：基于AP調(diào)度，最大限度避免同系統(tǒng)干擾，適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，如智慧城市、農(nóng)業(yè)、表計、傳感器、工業(yè)WIFI替代和工業(yè)園區(qū)等密集應用場景；

u  星型異步模式：適用于中小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，如園區(qū)自組網(wǎng)、家庭、室內(nèi)網(wǎng)關(guān)等中小規(guī)模場景，實現(xiàn)自定義靈活組網(wǎng)；

u  Mesh異步模式：適用于距離分散、流量較小的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點應用，以及去中心化遠距離超低功耗數(shù)傳、控制、報警等應用場景；

u  點對點異步模式：串口轉(zhuǎn)無線，適用于消費類市場，如玩具類無線控制、圖像傳輸、語音傳輸?shù)犬a(chǎn)品新技術(shù)應用；

u  廣播組播模式：適合數(shù)字對講、報警、應急管理等業(yè)務，以及無蜂窩信號下自組網(wǎng)語音通信需求。

UC8288芯片還具有高抗干擾能力。接收靈敏度可低于-145dBm，與此同時，同頻段內(nèi)可通過不同的子網(wǎng)id區(qū)分子系統(tǒng)，子系統(tǒng)間白噪聲化處理，只是底噪提高，不會形成系統(tǒng)性的干擾。

高安全性方面，WIoTa協(xié)議結(jié)合自研基帶芯片，支持極強的通信保密需求，包括：PUF 物理不可克隆的密鑰管理機制和AES128數(shù)據(jù)和代碼加密引擎。UC8288芯片加密引擎提供PUF、AES以及密鑰管理功能。密鑰在IoTE中不可讀取，不可通過芯片克隆來復制。另外，IoTE與系統(tǒng)可以利用該密鑰完成雙向認證、數(shù)據(jù)加密密鑰的動態(tài)更新。AP也可以在網(wǎng)絡(luò)第一級將惡意終端排除掉，降低DDOS的危害。

低功耗無疑是LPWAN市場的基礎(chǔ)“入場券”。UC8288芯片搭載了自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能低功耗硬件設(shè)計，采用多電源域設(shè)計，且電源域電壓可調(diào)，可實現(xiàn)動態(tài)開關(guān)各個電源域與動態(tài)調(diào)整各個電源域電壓。此外，引入動態(tài)gating技術(shù)，當沒有訪問請求時，硬件會自動對相應電路的時鐘進行g(shù)ating，達到較少動態(tài)功耗的效果。與此同時，UC8288芯片提供了豐富多樣的低功耗模式，包含cpu gated、retention、sleep模式，可以極大的滿足客戶的低功耗應用場景

高性價比對于任何一個行業(yè)、任何一項新技術(shù)而言，都是其走向普適化、規(guī)?；钠瘘c。目前WIoTa通信模組的規(guī)模售價已經(jīng)低至現(xiàn)有市場對標產(chǎn)品一半價格以內(nèi)，在整個LPWAN市場都具有相當有力的競爭優(yōu)勢。更重要的是，WIoTa從基帶射頻到MCU軟件完全自主研發(fā)，沒有采購任何一個IP，為其成本下探打下了堅實的基礎(chǔ)。御芯微在接受智次方·物聯(lián)網(wǎng)智庫專訪時提出，面向物聯(lián)網(wǎng)的海量市場，成本降低10%、市場容量就可能增加1倍以上。

WIoTa快速應用催生綜合物聯(lián)網(wǎng)解決方案能力

產(chǎn)業(yè)應用是技術(shù)最好的試煉場，基于新一代LPWAN技術(shù)的WIoTa芯片UC8288發(fā)布以來，已經(jīng)在諸多應用場景中大放異彩。

l  智慧照明

WIoTa單燈控制器

今年夏天，發(fā)生在四川的“電力保衛(wèi)戰(zhàn)”便展現(xiàn)了WIoTa在智慧照明領(lǐng)域的實力。當時，四川接連迎來了歷史同期最高極端高溫、歷史同期最少降水量、歷史同期最高電力負荷的巨大考驗，并啟動了三級保供電調(diào)控措施，御芯微智慧照明團隊配合城市運營單位，通過智慧化管控、策略調(diào)光等手段取得了“讓電于民”的重要成效。

御芯微早在2021年便已完成了對成都市繞城高速以內(nèi)的472條街道路燈智慧化改造，部署了三萬余套單燈控制器及配電回路控制箱，可基于智慧照明物聯(lián)管控平臺、WIoTa廣域通信協(xié)議、單燈控制器實現(xiàn)對路燈精細化管理，精準管控路燈的遠程開關(guān)、調(diào)光、策略配置下發(fā)等。

其中，智微云智慧照明控制系統(tǒng)由御芯微自主開發(fā)，由統(tǒng)一軟件系統(tǒng)和多種類型的終端構(gòu)成，可通過不同產(chǎn)品組合實現(xiàn)多種照明控制功能。在模組端，搭載WIoTa協(xié)議的IoTE模組UCM200和AP模組UCM202，內(nèi)部集成WIoTa通信協(xié)議的物理層和MAC層，可以向用戶提供AT指令，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和終端管理功能，而二者還可以借助WIoTa相互通信，構(gòu)建城市路燈網(wǎng)絡(luò)。

l  智慧畜牧

WIoTa智能耳標

針對智慧畜牧領(lǐng)域，智能耳標憑借其實時性、易部署等優(yōu)勢得到了廣泛應用，而其小體積與大體量的特點對芯片的供電與成本提出了嚴苛的要求，一方面需要用小巧耐用的紐扣電池供電，另一方面也需要衡量豬肉的售價與芯片成本之間的收益價值，而這個蘊藏著巨大發(fā)展空間的應用市場無疑也是LPWAN技術(shù)成長的優(yōu)渥土壤。然而，仍需要鋰電池供電的NB-IoT、LoRa等LPWAN技術(shù)在成本上顯然很難達到養(yǎng)殖場的預期，從而也限制了其在畜牧產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模推廣。

面向畜牧行業(yè)的大體量、低功耗、低成本等需求，御芯微便推出了畜牧業(yè)專用芯片，集成溫度、動作等傳感器，通過擁有自主知識產(chǎn)權(quán)WloTa物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議實時自動上傳數(shù)據(jù)。而基于WloTa的智能耳標只需采用紐扣電池供電，其內(nèi)置電池更是可以滿足豬只的全生命周期耗能。在信號覆蓋方面，通過2個WIoTa AP互為備份的配置甚至可以完全覆蓋一個擁有幾十個圈的大豬場。

l  數(shù)字對講

WIoTa數(shù)字對講機

針對中短距離的語音應用，WIoTa 8288芯片通過單芯片方式實現(xiàn)了數(shù)字對講的應用，所有的ADC、DAC、按鍵和語音的壓縮與解壓都通過片內(nèi)資源完成，無需增加外部計算單元，客戶只需要很少的外圍器件便可實現(xiàn)對講機應用，極大的降低了方案成本。

依托WIoTa可靠的傳輸性能和覆蓋能力，數(shù)字對講方案可在不外掛 PA的情況下滿足一般通信需求，此時功耗為傳統(tǒng)模擬對講機的十分之一左右。若需較遠距離或超遠距離通信，客戶也在方案中增加PA來實現(xiàn)超遠距離語音通信。WIoTa研發(fā)團隊也根據(jù)語音通信的特點，對協(xié)議進行了有針對性的優(yōu)化，進一步提升了通信效果。

在對講方式上，由于WIoTa通信協(xié)議支持點對點單插消息和點對多的廣播消息，用戶可以在應用層實現(xiàn)一對一對講，或者一對多群發(fā)功能。同時WIoTa芯片還內(nèi)置了加密引擎，可以實現(xiàn)語音加密通信，保障通信安全。

更重要的是，由于本身是數(shù)字通信，基于WIoTa的對講機也可以做為帶加密功能的數(shù)傳Modem使用，與手機或電腦搭配，提供區(qū)域內(nèi)的文本傳輸功能。類對講方案也可以做為應用落地的參考，如語音對講門鈴、嬰幼兒監(jiān)聽、數(shù)字廣播等，這些應用都可以通過WIoTa協(xié)議和SoC芯片進行落地，并節(jié)省方案成本。

l  室內(nèi)照明控制

WIoTa室內(nèi)照明開關(guān)和控制器

隨著智能家居的普及推廣以及技術(shù)成熟度不斷提升，在室內(nèi)照明控制場景中，越來越多的家庭選擇采用無線控制的方案。而傳統(tǒng)的無線控制方案多采用433MHz的方案做無線開關(guān)和控制器，雖然成本低廉，使用方便，但是通信能力較弱，通常只能在短距離內(nèi)進行無線控制，工業(yè)場景無法使用，家庭環(huán)境也無法滿足穿墻需求，同時也沒有上層協(xié)議，不能進一步提供連通平臺或邏輯編程等高級功能。除此方案以外，很多產(chǎn)品也選擇了Zigbee、藍牙和WiFi連接，但也仍存在信號覆蓋問題，同時方案成本也相對較高。

針對于此，御芯微推出了基于WIoTa的室內(nèi)照明管理方案，以較低成本實現(xiàn)照明管理的無線化。WIoTa室內(nèi)照明控制方案提供大容量的同步聯(lián)網(wǎng)版和簡潔部署的異步版本。其中，同步版本采用AP帶終端的方式，更加適合企業(yè)辦公應用場景，結(jié)合平臺功能實現(xiàn)照明設(shè)備管理、控制以及信息統(tǒng)計功能，實現(xiàn)企業(yè)的能耗精細化管理。

此外，簡潔部署的異步版本在使用習慣上完全兼容傳統(tǒng)照明控制的開關(guān)，日常使用和配制管理操作脫離平臺依賴，同時又具備遠距離和強穿透性優(yōu)勢，可以實現(xiàn)整屋總控、分組控制、預定義邏輯等高級功能。

除燈具的開關(guān)控制以外，WIoTa在智能家居中還可以延展更多的全屋智能場景中。WIoTa通用網(wǎng)關(guān)可做為一個統(tǒng)一的接入載體，對各種應用和終端進行業(yè)務匯聚，向上提供訪問接口，向下提供管理和通信匯聚能力。

l  熱力表DTU

WIoTa DTU

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及無線技術(shù)的快速發(fā)展，城市的集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)也朝著網(wǎng)聯(lián)化、自動化、智能化方向發(fā)展。而供熱系統(tǒng)在部署時需要面對節(jié)點分布廣、建筑物遮擋、地下管網(wǎng)復雜等挑戰(zhàn)，對改造升級提出了嚴苛的技術(shù)要求。

而基于WIoTa 技術(shù)開發(fā)的熱力表DTU設(shè)備則是具有功耗低，傳輸距離遠，穿透性強燈特點。具體來看，在供熱系統(tǒng)中，DTU設(shè)備與各類傳感器、執(zhí)行器相連，采集供熱一次網(wǎng)和二次網(wǎng)的壓力、流量、熱水溫度以及泵和閥門運行狀態(tài)燈數(shù)據(jù)，通過WIoTa 發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)匯總上傳至上位機，上位機軟件對集中供熱系統(tǒng)的熱源、換熱站、管網(wǎng)和熱用戶的主要運行參數(shù)、管網(wǎng)信息、設(shè)備運行狀況等進行動態(tài)監(jiān)測，進而優(yōu)化熱源調(diào)度，保障供熱過程的安全，高效運行。

l  煙感

WIoTa 煙感

在家居場景中，燃氣泄漏是一件極其危險的事情，而如果能夠在燃氣泄露初期就對燃氣閥進行關(guān)閉便可有效避免燃氣中毒以及火災的發(fā)生?；赨CM200模組開發(fā)的煙霧燃氣報警裝置同時支持煙霧、甲烷、天然氣等多種氣體監(jiān)測報警，當報警器探測到氣體濃度高于默認閾值或者高于手動設(shè)定的閾值時則將觸發(fā)本地的聲光報警，報警器將發(fā)出85分貝的刺耳高頻聲音，同時報警器發(fā)送信號切斷危險源（如：燃氣閥）并通過WloTa物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議實時自動上傳數(shù)據(jù)到平臺，進而讓接入平臺的其它設(shè)備產(chǎn)生智能聯(lián)動效果來快速做出響應。

得益于WloTa的超遠程傳輸距離以及強大的信號穿透能力，該報警器還能夠在工業(yè)廠房、辦公大廈、酒店賓館、學校等場所進行氣體監(jiān)測。設(shè)備配有一鍵自檢功能和傳感器失效檢測，在實時監(jiān)控氣體的同時也可以實現(xiàn)設(shè)備定時自檢，自檢結(jié)果不僅在本地以聲光方式展示，還能通過WloTa上傳平臺以及其它設(shè)備。同樣地，平臺也可以發(fā)送控制信息來配置或者修改報警裝置的參數(shù)并遠程啟動設(shè)備自檢。設(shè)備本地配備超大存儲空間來記錄設(shè)備運行記錄以及操作記錄、設(shè)備報警記錄、氣體濃度記錄等，有助于報警原因的排查和設(shè)備狀況的分析，這些記錄可以通過平臺和本地讀取。

通過WloTa物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，無需繁瑣的布線可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)上傳，可以有效的降低設(shè)備的安裝成本以及使用成本。

總結(jié)來看，WIoTa的優(yōu)勢不僅僅在于應用的快速開發(fā)，同時還具有極高的可集成性，能夠為用戶提供綜合解決方案。例如，在智慧園區(qū)場景下，WIoTa可以把路燈、煙感、DTU、照明、對講、抄表等功能如積木般搭建在一個體系平臺中，形成全園區(qū)一張網(wǎng)的管理模式，幫助園區(qū)管理者提供高效、低成本的運營方案。 

寫在最后

近年來，從物聯(lián)網(wǎng)的終端層到通信層、再到應用層，無一不是呈現(xiàn)百花齊放之勢，針對垂直行業(yè)的差異化需求，很難有某一種技術(shù)可以一以概之。LoRa等傳統(tǒng)LPWAN技術(shù)珠玉在前，御芯微WIoTa技術(shù)則是通過大容量、廣覆蓋、抗干擾、高安全、低成本以及綜合物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務能力”的“組合拳”助力LPWAN進入新時代，其從終端到網(wǎng)關(guān)，從異步到同步的系列LPWAN芯片/模組已經(jīng)在市場成功站穩(wěn)腳跟，并且形成綜合物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案能力，助力各行各業(yè)的數(shù)字化、智能化產(chǎn)業(yè)升級！試用請?zhí)詫歐IoTa低功耗或ucchip