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------ 【導讀】 ------本文基於物聯網低功耗需求及部分業務場景，針對物聯網終端側提出一些低功耗設計方法論，並列舉應用場景實例及相應的解決方案。 物聯網終端產品低功耗設計方法論（概要）▊背景概述近來物聯網LPWA（低功耗廣域網路）技術備受矚目，在全球範圍開展了積極部署。目前來看， LPWA是未來最適應物聯網低功耗需求的網路技術，但現階段其產業鏈發展尚未成熟，以NB-IoT為例，就存在成本高居不下、覆蓋率不夠廣泛等問題。▊低功耗應用場景及方法論概述▶ 1、LPWA低功耗實現LPWA是專為物聯網應用場景服務的網路技術，從終端自身功耗、網路參數、數據傳輸協議等維度均進行了低功耗設計。以NB-IoT為例，其低功耗實現途徑中最主要的是採用了兩個關鍵技術，PSM（Power saving mode，省電模式）和eDRX（擴展的非連續接收模式）。設備處在PSM態時的功耗非常低，而NB-IoT正是長期讓設備處於PSM態。另一方面NB-IoT採用的eDRX技術增加了設備空閑狀態下的睡眠周期，從而進一步降低整體功耗。由上可見，目前實現低功耗技術的最有效方式，是讓終端在不進行數據交互時儘可能減小電量消耗。▶ 2、 幾種低功耗業務模型及場景應用據上文分析，LPWA主要的低功耗實現技術非常適用於數據發送低頻次、低吞吐率的業務場景，基於數據發送周期分類，對此類低功耗場景建立幾種基本的業務模型：幾種常見低功耗業務模型需要說明，以上三種為常見低功耗場景下分解出來的獨立業務模型，許多情況下是三種模型的複合場景。針對以上三種業務模型列舉出實際場景，給出以NB-IoT為LPWA代表的方案，以及基於傳統蜂窩網路設計的終端低功耗技術架構，從功耗維度來對兩種技術進行對比分析。（1）業務模型一場景：燃氣表抄表業務需求：表計數據發送周期為24h，數據包大小為50Bytes ● LPWA方案：採用NB-IoT網路。TAU（tracking area update）周期設為24h，作為業務數據上行周期；PSM active timer和RRC鏈路釋放定時器根據業務模型具體配置； ● 傳統蜂窩網終端方案：2G-eSIM模組（eSIM是中移物聯網有限公司自主研發的晶元和模組產品，直接集成了移動公司SIM卡功能，支持2G/ 3G/4G以及5G/NB-IoT，可自動接入中移物聯網的設備雲OneNET）+RTC（定時控制單元）方案。業務模型一：eSIM模組+RTC（固定周期）方案（2）業務模型二場景：物流托盤定位（詳細方案見【閱讀原文】）（3）業務模型三場景：農業大棚環境監測（詳細方案見【閱讀原文】）（4）各業務模型功耗對比對各業務模型下兩種方案的功耗進行對比，其餘因素影響在此不作考慮（如對比的網路信號強度假設相同）。數據源於移動通信研究院和中移物聯網有限公司。各業務模型下兩種方案功耗對比對比結果表明，在三種低功耗業務場景中，基於傳統蜂窩網路採用了一些低功耗技術架構進行終端優化的方案，其功耗與NB-IoT方案差距不大，二者基本相當。▶ 3、物聯網終端低功耗設計方法論為了最終向客戶提供合適的低功耗整體解決方案，總結提出了終端側低功耗設計方法論的關鍵思路，應從以下幾個方面綜合考慮和開展設計：（1）根據具體業務場景的數據發送周期和數據量要求，確定終端工作模式、採用合適的通訊技術，選擇合理的數據發送周期控制方式，是讓終端在不進行數據交互時儘可能減小電量消耗，最大化節省功耗。以本文介紹的低功耗2G技術和NB-IoT技術為例，僅從功耗維度來進行通訊技術的選擇，可簡單參考以下推薦的矩陣對比關係。場景需求與終端通訊模式適配矩陣（2）在滿足低功耗的方案中，綜合比較方案的成本，包含終端成本、網路部署成本、開發成本、後期維護成本等；（3）綜合考慮比較其他方面因素，如可靠性、安全性、覆蓋率等。▊低功耗應用場景及解決方案實例場景需求：對某國際鐵路運輸項目的集裝箱在運輸過程中的位置監測。列車行駛時位置發送周期為2小時，列車停駐時位置發送周期為1天，位置精度小於200m。根據業務模型分析和終端低功耗設計方法論，給出基於傳統蜂窩網路終端和NB-IoT的解決方案對比。（詳細方案見【閱讀原文】）▶ 1、功耗對比根據上述測試和計算數據分析，對基於2G蜂窩技術和NB-IoT的方案進行功耗指標的對比，對比情況見表2 。兩種方案的功耗對比綜上，在不考慮成本、可靠性等其他因素的前提下，僅對比分析終端功耗，基於2G並採用低功耗設計架構優化的終端方案，與NB-IoT方案的理論指標相比，二者功耗相當。▶ 2、成本對比下面再對兩種方案的終端成本進行對比，定位器數量需求為10000套，主要成本項見表3 ，因為兩種方案終端主要是通訊模組的差異，所以定位器硬體成本僅考慮模組和電池成本。2G與NB-IoT方案的成本對比分析▶ 3、其他因素考慮從信號覆蓋角度考慮，鐵路運輸場景的移動地域非常廣闊，就NB-IoT目前的網路覆蓋率甚至不能滿足覆蓋廣度需求。▶ 4、最終方案選擇兩種方案的終端功耗基本相當，在滿足同等工作年限（1年）的前提下，所損耗的電池成本相同；但由於2G模組、研發等成本較低，綜合核算2G方案成本比NB-IoT方案約低45%，最終選擇向用戶提供2G方案。▊結束語本文提供了物聯網終端側的低功耗設計方法論。物聯網的一個重要問題是解決海量連接下的低功耗，實際上功耗優化是個複雜的逐步積累的過程，需要從終端自身、業務模型、網路參數、成本、可靠性等各個方面綜合考慮，提供整體的解決方案。往期熱文（點擊文章標題即可直接閱讀）：《共享腳踏車上的智能鎖，做出來有多難？》《認知計算、區塊鏈IoT、物聯網安全…看懂的人將控制未來》《庫卡、ABB、發那科、安川，4大工業機器人巨擘早已在物聯網領域屯兵養馬》《【重磅】物聯網產業全景圖譜報告，首開國內IoT產業二維視角全景圖之先河》《一幅漫畫告訴你：除了WiFi，藍牙，最近火爆的NB-IoT能幹嘛？》《一幅漫畫告訴你：NB-IoT背後，還有一個大家都在說的LoRa是什麼？》