我們都知道低功耗廣域網 (LPWAN) 的一個有趣特性是其超低功耗。大多數低功耗廣域網技術聲稱它們可以維持 10 年以上的電池壽命——這使它們成為電池供電物聯網傳感器網絡的首選連接類型。

但是，低功耗廣域網是如何實現如此長的電池壽命的呢?在本文，我們將介紹 3 種主要方法。

[[428842]]

睡眠模式

低功耗廣域網終端節點被編程為僅在需要傳輸消息時才處于活動狀態。在這段時間之外，收發器關閉并進入深度睡眠模式，從而消耗極少的電量。假設一個節點一天只需要發送很少的消息(上行鏈路)，那么電量消耗非常低。

在雙向通信中，終端節點必須處于喚醒狀態，以監聽從基站發送的下行鏈路消息。然后可以設置偵聽時間表，以便節點僅在預定義的時間醒來以接收下行鏈路消息。或者，可以協調節點和基站，以便在上行鏈路到達后不久發送下行鏈路消息。這有助于減少節點需要“開啟”以接收數據的時間。

異步通信

大多數在未授權頻譜中運行的低功耗廣域網使用輕量級媒體訪問控制 (MAC) 協議進行異步通信。比如常用的ALOHA隨機接入協議。在ALOHA系統中，節點隨時訪問信道并發送消息，而無需向基站發信號請求許可，也無需感知其他節點的當前傳輸以進行協調。

這種隨機接入協議的主要優點是不需要復雜的控制開銷。這大大降低了功耗并簡化了收發器設計。不利的一面是，異步通信可能會極大地阻礙可擴展性。這是因為節點之間的數據傳輸不協調，增加了數據包沖突和數據丟失的機會。

星型拓撲

由于物理距離長，低功耗廣域網可以部署在星型拓撲中，同時仍然有效地覆蓋地理上的廣闊區域。如前一篇文中所述，單跳星形拓撲比短距離無線網絡的網狀拓撲節省了多個數量級能耗。

不同低功耗廣域網技術的電池壽命是否相同?

答案肯定是否定的。事實上，不僅在不同的低功耗廣域網技術之間，即使在同一技術的不同部署模式之間，功耗和由此產生的電池壽命也會有很大差異。下面我們來看兩個主要因素。

首先，“廣播”無線電時間——傳輸過程中功耗的主要指標——在不同的低功耗廣域網系統之間存在很大差異。需要明確的是，傳輸是終端節點最耗能的活動。廣播時間是消息從節點傳播到基站的總時間。在其他條件相同的情況下，廣播時間越短，功耗越低。如果同一消息發送 3 次以實現冗余，則其總廣播時間和功耗將增加三倍。

其次，并非所有低功耗廣域網都采用上述所有 3 種方法的組合。例如，為了提高服務質量，蜂窩低功耗廣域網采用同步協議，由此終端節點必須向基站發信號請求允許發送消息(即握手)。除了由于過多的開銷而施加更高的能耗要求之外，這個過程還使得每次傳輸的功耗和總電池壽命不可預測，這是因為很難預測在允許發送消息之前需要執行多少次握手。

經ETSI認可，電報分割引入了一種獨特的傳輸方法，可在解決服務質量和功耗之間權衡的同時，最大限度地減少廣播時間。

最后，對于電池壽命而言，10年甚至20年實際上是一個非常長的時間，但要實現這一點，需要充分考慮多種因素。除了消息頻率和所用電池類型(最好是自放電率低的電池)等一般條件外，歸根結底，選擇正確的低功耗廣域網技術確實很重要。