作為目前最簡單、最低成本的廣域物聯(lián)網連接方案，LPWAN自2015年以來一直是全球物聯(lián)網產業(yè)中萬眾矚目的焦點，經過了數(shù)年的技術迭代與市場驗證，同時伴隨著物聯(lián)網業(yè)界對于物聯(lián)網連接“60%-30%-10%”的結構形成共識，圍繞著60%的低功耗廣域網市場已經培育出了以燃氣、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)新技術入場競技。如今，隨著AIoT深化發(fā)展，面對業(yè)內涌現(xiàn)的新需求與新機遇，LPWAN領域行業(yè)新貴又該如何突圍，打破固有的市場格局呢？ 

作為國產新星，WIoTa針對LPWAN領域應用提供了深度技術優(yōu)化，通過全自主IP創(chuàng)新、蜂窩化組網技術、同步+異步融合機制、高安全方面的技術和應用創(chuàng)新，已經成功在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)網市場，各行業(yè)的需求千差萬別，一套技術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技術無法覆蓋這一60%連接的領域。而這也給了多樣化LPWAN技術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)網市場，各行業(yè)的需求千差萬別，很難形成技術壟斷，凡是能適應市場需求的技術都會有很好的成長空間。

縱觀LPWAN技術百舸爭流的發(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等技術獲取了比較領先的市場優(yōu)勢。目前LPWAN技術已經實現(xiàn)了成熟的產業(yè)應用，但隨著AIoT進入產業(yè)增長期，行業(yè)痛點愈發(fā)清晰，現(xiàn)有技術也面臨著更大的挑戰(zhàn)：

l  首先，多數(shù)LPWAN由于其調制解調方式比較簡單，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)域多個應用的網絡部署，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，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調制解調技術普遍不具備大范圍內自適應編碼調制以及高階調制的能力，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)網業(yè)務能力”的“組合拳”打法來應對行業(yè)的切實痛點。

WIoTa網絡架構

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通信的設計初衷就是靈活可配置，可支持多種組網方式，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)議在典型網絡的基礎上可以配置分層網絡，實現(xiàn)更完善的覆蓋。例如，面對配電網絡設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能力，極大拓展物聯(lián)網應用的覆蓋范圍。

第三是抗干擾——WIoTa可以在超低信噪比下工作，物理層創(chuàng)新的設計了可擴展的增強型幀結構，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信道設計上充分考慮大量連接設備下同頻同系統(tǒng)內的干擾問題，采用由終端id與子網id聯(lián)合產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計，將幀頭信號與子網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信息與終端信息的前提下，無法對網絡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絡造成影響，不會導致網絡癱瘓。

WIoTa全自主中國芯

目前，基于新一代LPWAN技術的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

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)據加密機制

UC8288芯片系統(tǒng)框圖

l  UCM200

UCM200是WIoTa的基礎版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高階調制，支持同步、異步和Mesh多種組網方式。

UCM200（WIoTa IoTE模組）

l  UCM202

UCM202是WIoTa的基礎版AP（網關）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，它支持多種組網和傳輸模式，這些模式給它帶來了豐富的組網功能：

u  星型同步模式：基于AP調度，最大限度避免同系統(tǒng)干擾，適用于大規(guī)模網絡，如智慧城市、農業(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)模網絡，如園區(qū)自組網、家庭、室內網關等中小規(guī)模場景，實現(xiàn)自定義靈活組網；

u  Mesh異步模式：適用于距離分散、流量較小的物聯(lián)網節(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品新技術應用；

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，同頻段內可通過不同的子網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)據加密密鑰的動態(tài)更新。AP也可以在網絡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“入場券”。UC8288芯片搭載了自主知識產權的高性能低功耗硬件設計，采用多電源域設計，且電源域電壓可調，可實現(xiàn)動態(tài)開關各個電源域與動態(tài)調整各個電源域電壓。此外，引入動態(tài)gating技術，當沒有訪問請求時，硬件會自動對相應電路的時鐘進行gating，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)模售價已經低至現(xiàn)有市場對標產品一半價格以內，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。御芯微在接受智次方·物聯(lián)網智庫專訪時提出，面向物聯(lián)網的海量市場，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)網解決方案能力

產業(yè)應用是技術最好的試煉場，基于新一代LPWAN技術的WIoTa芯片UC8288發(fā)布以來，已經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、調光、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成，可通過不同產品組合實現(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)據通信和終端管理功能，而二者還可以借助WIoTa相互通信，構建城市路燈網絡。

l  智慧畜牧

WIoTa智能耳標

針對智慧畜牧領域，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權WloTa物聯(lián)網協(xié)議實時自動上傳數(shù)據。而基于WloTa的智能耳標只需采用紐扣電池供電，其內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  室內照明控制

WIoTa室內照明開關和控制器

隨著智能家居的普及推廣以及技術成熟度不斷提升，在室內照明控制場景中，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室內照明控制方案提供大容量的同步聯(lián)網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，結合平臺功能實現(xiàn)照明設備管理、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，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通用網關可做為一個統(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)網技術以及無線技術的快速發(fā)展，城市的集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)也朝著網聯(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、地下管網復雜等挑戰(zhàn)，對改造升級提出了嚴苛的技術要求。

而基于WIoTa 技術開發(fā)的熱力表DTU設備則是具有功耗低，傳輸距離遠，穿透性強燈特點。具體來看，在供熱系統(tǒng)中，DTU設備與各類傳感器、執(zhí)行器相連，采集供熱一次網和二次網的壓力、流量、熱水溫度以及泵和閥門運行狀態(tài)燈數(shù)據，通過WIoTa 發(fā)送到網關，網關將數(shù)據匯總上傳至上位機，上位機軟件對集中供熱系統(tǒng)的熱源、換熱站、管網和熱用戶的主要運行參數(shù)、管網信息、設備運行狀況等進行動態(tài)監(jiān)測，進而優(yōu)化熱源調度，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閉便可有效避免燃氣中毒以及火災的發(fā)生。基于UCM200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)網協(xié)議實時自動上傳數(shù)據到平臺，進而讓接入平臺的其它設備產生智能聯(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)設備定時自檢，自檢結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)并遠程啟動設備自檢。設備本地配備超大存儲空間來記錄設備運行記錄以及操作記錄、設備報警記錄、氣體濃度記錄等，有助于報警原因的排查和設備狀況的分析，這些記錄可以通過平臺和本地讀取。

通過WloTa物聯(lián)網協(xié)議，無需繁瑣的布線可以實現(xiàn)數(shù)據的網絡上傳，可以有效的降低設備的安裝成本以及使用成本。

總結來看，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，很難有某一種技術可以一以概之。LoRa等傳統(tǒng)LPWAN技術珠玉在前，御芯微WIoTa技術則是通過大容量、廣覆蓋、抗干擾、高安全、低成本以及綜合物聯(lián)網業(yè)務能力”的“組合拳”助力LPWAN進入新時代，其從終端到網關，從異步到同步的系列LPWAN芯片/模組已經在市場成功站穩(wěn)腳跟，并且形成綜合物聯(lián)網整體解決方案能力，助力各行各業(yè)的數(shù)字化、智能化產業(yè)升級！試用請?zhí)詫歐IoTa低功耗或ucchip