推開低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)大門 解析LPWAN技術(shù)之QoS篇

　　正如上篇文章中所提到一樣，在選擇物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)時(shí)，需要以應(yīng)用案例為出發(fā)點(diǎn)，然后結(jié)合技術(shù)本身以及市場(chǎng)因素做出決策。本系列文章試圖探討一種成功的LPWAN技術(shù)應(yīng)該具備怎樣的特性。上次我們探討的是網(wǎng)絡(luò)承受能力，這一次探討的是QoS。

　　還記得我將所有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分成三大類嗎？一類是LAN/PAN，另一類是3GPP，還有就是正在快速發(fā)展的LPWAN。任何一項(xiàng)技術(shù)都無(wú)法做到適合于所有的產(chǎn)品或者應(yīng)用場(chǎng)景，在做選擇的時(shí)候難免遇到各種困惑，希望我提出的意見于你是有價(jià)值的。

　　當(dāng)人們討論QoS的時(shí)候，通常指的是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機(jī)制， 用來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問(wèn)題的一種技術(shù)。

　　其實(shí)許多人都知道，談到QoS就會(huì)涉及到權(quán)衡利弊的問(wèn)題，比如：網(wǎng)絡(luò)擁塞通常會(huì)導(dǎo)致消息延遲的問(wèn)題，簡(jiǎn)單的放大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模確實(shí)讓QoS得到了改善，但是成本相對(duì)較高。網(wǎng)絡(luò)擁塞的時(shí)候，短暫的延遲讓設(shè)備處在空閑模式下的時(shí)間變得很短，這就會(huì)造成電池壽命相應(yīng)的縮短。如果只為提高QoS而專門設(shè)計(jì)一張網(wǎng)絡(luò)就如同為應(yīng)急車輛額外修建一條高速公路一樣，目的是達(dá)到了但是代價(jià)也很大。

　　最好的解決方法就是建立一個(gè)能夠根據(jù)需要靈活改變QoS的系統(tǒng)，正如現(xiàn)實(shí)生活中的道路系統(tǒng)一樣，在交通擁堵的情況下普通的車輛要為應(yīng)急車輛讓行。當(dāng)然，提高QoS所能帶來(lái)的改善有一定的限度，即使在很高的QoS下，也幾乎沒有一個(gè)系統(tǒng)可以百分百保證所有的消息都能在最短的時(shí)間內(nèi)被成功發(fā)送。因此，這也只是一種理想的狀態(tài)，在可能遇到的特殊情況下盡量做到更好而已。

　　想要提高QoS，難道一定要在授權(quán)頻譜上？

　　或許有人會(huì)說(shuō)，只有基于授權(quán)頻譜的網(wǎng)絡(luò)才能提供可靠的QoS。其實(shí)不然，雖然在非授權(quán)頻譜上干擾難以控制，甚至可能通過(guò)操作員也無(wú)法完全保證提供所需要的保障，但無(wú)論如何這只是一種假設(shè)。所有的關(guān)鍵因素都可控時(shí)，確實(shí)能夠提供更好的服務(wù)，但兩者之間不屬于充分必要的關(guān)系。其實(shí)這一點(diǎn)與快遞公司的運(yùn)營(yíng)是類似的，它們之所以能夠?qū)崿F(xiàn)包裹不囤積，一定程度上得益于有一個(gè)共享系統(tǒng)，借助這個(gè)系統(tǒng)他們可以預(yù)見包裹的數(shù)量，數(shù)量過(guò)大的話就會(huì)采取相應(yīng)的措施以緩和這種情況。其實(shí)，在非授權(quán)頻譜中，情況也是如此。所以說(shuō)，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)中來(lái)看，在授權(quán)頻譜上提供高水平的QoS并不是首要條件。

　　只有經(jīng)常會(huì)發(fā)生突發(fā)狀況的案例中才對(duì)QoS要求比較高，對(duì)于一些監(jiān)控設(shè)備來(lái)說(shuō)，它們只發(fā)送一些常規(guī)消息，因此對(duì)QoS的要求并不是很高。當(dāng)數(shù)據(jù)直接來(lái)源于聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時(shí)，就會(huì)需要一種快速并且穩(wěn)定可靠的隨機(jī)訪問(wèn)機(jī)制，在這種情況下，最好能夠?yàn)橥话l(fā)的隨機(jī)訪問(wèn)事先做好一個(gè)預(yù)備方案。有些設(shè)備需要長(zhǎng)期被監(jiān)控著，這就意味著電池耗能不可避免的增加了，但是允許設(shè)備自主確定一個(gè)最佳的空閑時(shí)間段，那么或許也可以降低對(duì)其他網(wǎng)絡(luò)的影響。

　　當(dāng)然了，除了頻譜以外還會(huì)有其他的因素也可能造成干擾，比如說(shuō)網(wǎng)絡(luò)攻擊或者惡劣的條件，此類事故可以觸發(fā)所有終端從而引起網(wǎng)絡(luò)堵塞。在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，一次意外停電或許就會(huì)引發(fā)一個(gè)城市里面所有的智能電表同時(shí)發(fā)送“停電”警報(bào)，這時(shí)候很容易就會(huì)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，在克服這種擁塞之前消息是無(wú)法通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)模侵匦聠?dòng)。因此需要有一個(gè)良好的解決方案，可以有效地、迅速地處理大量的突發(fā)警報(bào)消息用以確保網(wǎng)絡(luò)保持穩(wěn)定。最終，高水平QoS的設(shè)計(jì)將會(huì)演變成對(duì)于智能電網(wǎng)的設(shè)計(jì)。

　　何為高水平QoS網(wǎng)絡(luò)？

　　將LPWAN技術(shù)分為三類：僅上行通信、以上行通信為主特殊情況下也可下行通信和全雙工通信。很快我們將會(huì)明白，為什么提高QoS需要從根本上改變技術(shù)的下行通信能力。簡(jiǎn)而言之，除非只有上行通信，否則QoS都會(huì)受到影響。在之前的文章中，我已經(jīng)提出過(guò)在評(píng)價(jià)某種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時(shí)，底層技術(shù)和調(diào)制方案才是核心因素。毫不意外，這一邏輯也適用于此。

　　全雙工通信與QoS，并不是所謂的魚和熊掌！

　　超窄帶調(diào)制方式支持全雙工通信，Telensa公司的超窄帶解決方案就是一個(gè)例子，該解決方案能提供高水平的QoS。但是由于底層的特性與整個(gè)調(diào)制方式融合在一起，因此并不能作為獨(dú)立的部分被擰出來(lái)。

　　那么，擴(kuò)頻技術(shù)是否有益于QoS呢？其實(shí)，寬帶調(diào)制方式也支持全雙工通信，最初的Weightless-W技術(shù)就是一個(gè)例子。但是，其他的寬帶解決方案卻不是，令人驚訝的是，一種廣為人知的LPWAN技術(shù)居然也聲稱自己支持全雙工通信。再說(shuō)說(shuō)Weightless-P，該技術(shù)是一種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，支持全雙工通信。同時(shí)，Weightless-P還支持已經(jīng)認(rèn)證或者非認(rèn)證情況下的單一傳播和多路傳播，不僅為資源配置提供一個(gè)靈活的認(rèn)證機(jī)制，還能在上行和下行的情況下為來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)或者設(shè)備的消息提供分頁(yè)能力及降低時(shí)延。它使網(wǎng)絡(luò)更加高速，并且擁有正向糾錯(cuò)、自動(dòng)請(qǐng)求重傳、自適應(yīng)信道編碼、切換、漫游等能力。當(dāng)然，真正的雙向通信能力應(yīng)該還要支持無(wú)線固件升級(jí)和重大安全協(xié)調(diào)或更換。

　　最后說(shuō)說(shuō)NB-IoT吧，該技術(shù)將會(huì)運(yùn)行在高帶寬、授權(quán)頻譜上，在不需要很嚴(yán)格管理控制的情況下依然能夠保證較高的QoS。就性能來(lái)說(shuō)，這是非常完美的，但是我在第一篇文章《LPWAN技術(shù)眾多，最終誰(shuí)將推開這個(gè)市場(chǎng)的大門？》中就已經(jīng)提到，NB-IoT商業(yè)化部署的路還很漫長(zhǎng)，并且還可能面臨能源消耗溢價(jià)及成本方面的問(wèn)題。