基于物聯網的Weightless—P技術淺析

曾張帆　周艷玲　劉文超　邢賽楠

摘 要：簡要介紹了專門為物聯網通信而設計的Weightless-P技術，對該技術的諸多關鍵指標，比如系統容量、成本、功耗、安全性、可靠性和系統覆蓋范圍進行了描述和討論。Weightless技術在功耗、成本、安全性等方面實現了平衡，能夠適用于未來復雜多樣的通信場景中。

關鍵詞：物聯網；Weightless-P；頻段；蜂窩通信

中圖分類號：TP393.071 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.136

1 Weightless-P技術概述

Weightless-P技術是由英國劍橋大學教授William Web在2012年針對物聯網應用中低功耗、低成本和復雜多變的通信場景而專門設計的無線通信技術，主要工作在1 GHz以下的免費頻段內。相比傳統的蜂窩無線通信技術，比如3G、4G，Weightless技術在功率和成本方面的要求比較低。而相對于傳統的近距離無線通信技術，比如Wi-Fi等，Weightless-P技術則在覆蓋范圍方面表現得更廣。本文簡要介紹一下Weightless-P技術的關鍵參數，以期為日后的相關工作提供參考。

2 Weightless-P技術關鍵參數

2.1 系統容量

系統容量的概覽非常關鍵，它不僅指同時接入的節點次數，還需要考慮平均數據長度、傳輸時間、傳輸頻率和干擾消除，而容量可擴展性會受到通信帶寬極大的影響。通常來說，在上行通信較多的應用場景中，帶寬小能夠提供最優的信道容量。在這一點上，Weightless-P技術采用12.5 kHz這類比較小的帶寬進行數據通信，以解決上行通信帶寬的擴容問題。此外，Weightless-P技術采用頻率復用技術達到200 bps的數據率。Weightless-P技術的頻率工作在國際電信聯盟指定的免費頻段sub-GHz ISM/SRD。

2.2 成本

在大部分物聯網應用中，成本是非常重要的指標，特別是在選擇免費頻段無線通信技術還是傳統的需要付費頻段的蜂窩M2M技術時。Weightless-P采用GMSK和OQPSK這類常用的調制技術，大大減少了終端芯片的開發成本，降低了開發難度。

2.3 功耗

不少物聯網產品是由電池供電的，因此，在電池容量一定的條件下，產品的功耗成為了重要指標。總的能量損耗包括數據傳輸時的能量消耗和數據傳輸的時間，也就是占空比。同樣，使用GMSK和OQPSK的Weightless技術在干擾抑制方面有出眾的表現，所以，在信道條件一定的情況下能夠大大減少能量的消耗。此外，經過測試，終端設備的發射功率在17 dBm，大大小于需要50 dBm發射功率的傳統蜂窩網絡。

2.4 系統可靠性

根據不同的應用場景，Weightless-P支持3種不同的重傳方式，即只有上行重傳、上行和小部分下行重傳和雙向重傳，這大大減少了誤碼率。此外，Weightless-P采用糾錯碼、自動重傳請求機制和自適應信道編碼機制能技術，能夠有效保障數據的正確傳輸。

2.5 覆蓋范圍

通信系統的覆蓋范圍決定了小區邊緣用戶的吞吐量，特別是在比較復雜的環境中，比如群密集的城市中，或是在一棟大樓里。覆蓋范圍是由信號傳播路徑、功率損耗、天線尺寸、信號發射功率和天線位置等因素決定的。Weightless-P技術適用的低速率傳輸場景能夠為人口密集的城市環境提供2 km的覆蓋范圍。

2.6 安全性

安全性是每個物聯網系統都需要考慮的問題。Weightless-P技術采用目前最新的AES-128/256加密技術和雙向安全認證技術，保障了終端節點和網絡集中控制器的安全性和數據的完整性。此外，Weightless-P技術在傳輸數據時，每次將產生不同的偽隨機碼對待傳數據進行擾碼，從而達到加密的效果。

3 結束語

Weightless-P技術是一種專門為物聯網應用而設計的技術標準。綜上，Weightless-P技術繼承了傳統蜂窩無線通信技術的優點，同時，裁剪了物理層和協議棧，實現了功耗、性能和成本之間的平衡。此外，Weightless技術充分考慮了數據傳輸的安全性和可靠性，能滿足未來復雜多樣的通信場景的技術要求。

參考文獻

[1]孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯網：概念、架構與關鍵技術研究綜述[J].北京郵電大學學報，2010（3）：1-9.

[2]William Webb.Standard's net gains.Engineering &Technology，2013（5）：76-78.

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〔編輯：白潔〕