基于物联网的Weightless—P技术浅析

曾张帆　周艳玲　刘文超　邢赛楠

摘 要：简要介绍了专门为物联网通信而设计的Weightless-P技术，对该技术的诸多关键指标，比如系统容量、成本、功耗、安全性、可靠性和系统覆盖范圍进行了描述和讨论。Weightless技术在功耗、成本、安全性等方面实现了平衡，能够适用于未来复杂多样的通信场景中。

关键词：物联网；Weightless-P；频段；蜂窝通信

中图分类号：TP393.071 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.136

1 Weightless-P技术概述

Weightless-P技术是由英国剑桥大学教授William Web在2012年针对物联网应用中低功耗、低成本和复杂多变的通信场景而专门设计的无线通信技术，主要工作在1 GHz以下的免费频段内。相比传统的蜂窝无线通信技术，比如3G、4G，Weightless技术在功率和成本方面的要求比较低。而相对于传统的近距离无线通信技术，比如Wi-Fi等，Weightless-P技术则在覆盖范围方面表现得更广。本文简要介绍一下Weightless-P技术的关键参数，以期为日后的相关工作提供参考。

2 Weightless-P技术关键参数

2.1 系统容量

系统容量的概览非常关键，它不仅指同时接入的节点次数，还需要考虑平均数据长度、传输时间、传输频率和干扰消除，而容量可扩展性会受到通信带宽极大的影响。通常来说，在上行通信较多的应用场景中，带宽小能够提供最优的信道容量。在这一点上，Weightless-P技术采用12.5 kHz这类比较小的带宽进行数据通信，以解决上行通信带宽的扩容问题。此外，Weightless-P技术采用频率复用技术达到200 bps的数据率。Weightless-P技术的频率工作在国际电信联盟指定的免费频段sub-GHz ISM/SRD。

2.2 成本

在大部分物联网应用中，成本是非常重要的指标，特别是在选择免费频段无线通信技术还是传统的需要付费频段的蜂窝M2M技术时。Weightless-P采用GMSK和OQPSK这类常用的调制技术，大大减少了终端芯片的开发成本，降低了开发难度。

2.3 功耗

不少物联网产品是由电池供电的，因此，在电池容量一定的条件下，产品的功耗成为了重要指标。总的能量损耗包括数据传输时的能量消耗和数据传输的时间，也就是占空比。同样，使用GMSK和OQPSK的Weightless技术在干扰抑制方面有出众的表现，所以，在信道条件一定的情况下能够大大减少能量的消耗。此外，经过测试，终端设备的发射功率在17 dBm，大大小于需要50 dBm发射功率的传统蜂窝网络。

2.4 系统可靠性

根据不同的应用场景，Weightless-P支持3种不同的重传方式，即只有上行重传、上行和小部分下行重传和双向重传，这大大减少了误码率。此外，Weightless-P采用纠错码、自动重传请求机制和自适应信道编码机制能技术，能够有效保障数据的正确传输。

2.5 覆盖范围

通信系统的覆盖范围决定了小区边缘用户的吞吐量，特别是在比较复杂的环境中，比如群密集的城市中，或是在一栋大楼里。覆盖范围是由信号传播路径、功率损耗、天线尺寸、信号发射功率和天线位置等因素决定的。Weightless-P技术适用的低速率传输场景能够为人口密集的城市环境提供2 km的覆盖范围。

2.6 安全性

安全性是每个物联网系统都需要考虑的问题。Weightless-P技术采用目前最新的AES-128/256加密技术和双向安全认证技术，保障了终端节点和网络集中控制器的安全性和数据的完整性。此外，Weightless-P技术在传输数据时，每次将产生不同的伪随机码对待传数据进行扰码，从而达到加密的效果。

3 结束语

Weightless-P技术是一种专门为物联网应用而设计的技术标准。综上，Weightless-P技术继承了传统蜂窝无线通信技术的优点，同时，裁剪了物理层和协议栈，实现了功耗、性能和成本之间的平衡。此外，Weightless技术充分考虑了数据传输的安全性和可靠性，能满足未来复杂多样的通信场景的技术要求。

参考文献

[1]孙其博，刘杰，黎羴，等.物联网：概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报，2010（3）：1-9.

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

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〔编辑：白洁〕