推开低功耗广域网络市场大门 解析LPWAN技术之QoS篇

　　正如上篇文章中所提到一样，在选择物联网连接技术时，需要以应用案例为出发点，然后结合技术本身以及市场因素做出决策。本系列文章试图探讨一种成功的LPWAN技术应该具备怎样的特性。上次我们探讨的是网络承受能力，这一次探讨的是QoS。

　　还记得我将所有的网络技术分成三大类吗？一类是LAN/PAN，另一类是3GPP，还有就是正在快速发展的LPWAN。任何一项技术都无法做到适合于所有的产品或者应用场景，在做选择的时候难免遇到各种困惑，希望我提出的意见于你是有价值的。

　　当人们讨论QoS的时候，通常指的是网络的一种安全机制， 用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。

　　其实许多人都知道，谈到QoS就会涉及到权衡利弊的问题，比如：网络拥塞通常会导致消息延迟的问题，简单的放大网络规模确实让QoS得到了改善，但是成本相对较高。网络拥塞的时候，短暂的延迟让设备处在空闲模式下的时间变得很短，这就会造成电池寿命相应的缩短。如果只为提高QoS而专门设计一张网络就如同为应急车辆额外修建一条高速公路一样，目的是达到了但是代价也很大。

　　最好的解决方法就是建立一个能够根据需要灵活改变QoS的系统，正如现实生活中的道路系统一样，在交通拥堵的情况下普通的车辆要为应急车辆让行。当然，提高QoS所能带来的改善有一定的限度，即使在很高的QoS下，也几乎没有一个系统可以百分百保证所有的消息都能在最短的时间内被成功发送。因此，这也只是一种理想的状态，在可能遇到的特殊情况下尽量做到更好而已。

　　想要提高QoS，难道一定要在授权频谱上？

　　或许有人会说，只有基于授权频谱的网络才能提供可靠的QoS。其实不然，虽然在非授权频谱上干扰难以控制，甚至可能通过操作员也无法完全保证提供所需要的保障，但无论如何这只是一种假设。所有的关键因素都可控时，确实能够提供更好的服务，但两者之间不属于充分必要的关系。其实这一点与快递公司的运营是类似的，它们之所以能够实现包裹不囤积，一定程度上得益于有一个共享系统，借助这个系统他们可以预见包裹的数量，数量过大的话就会采取相应的措施以缓和这种情况。其实，在非授权频谱中，情况也是如此。所以说，根据以往的经验中来看，在授权频谱上提供高水平的QoS并不是首要条件。

　　只有经常会发生突发状况的案例中才对QoS要求比较高，对于一些监控设备来说，它们只发送一些常规消息，因此对QoS的要求并不是很高。当数据直接来源于联网设备时，就会需要一种快速并且稳定可靠的随机访问机制，在这种情况下，最好能够为突发的随机访问事先做好一个预备方案。有些设备需要长期被监控着，这就意味着电池耗能不可避免的增加了，但是允许设备自主确定一个最佳的空闲时间段，那么或许也可以降低对其他网络的影响。

　　当然了，除了频谱以外还会有其他的因素也可能造成干扰，比如说网络攻击或者恶劣的条件，此类事故可以触发所有终端从而引起网络堵塞。在物联网网络中，一次意外停电或许就会引发一个城市里面所有的智能电表同时发送“停电”警报，这时候很容易就会发生网络拥塞，在克服这种拥塞之前消息是无法通过网络进行传输的，除非重新启动。因此需要有一个良好的解决方案，可以有效地、迅速地处理大量的突发警报消息用以确保网络保持稳定。最终，高水平QoS的设计将会演变成对于智能电网的设计。

　　何为高水平QoS网络？

　　将LPWAN技术分为三类：仅上行通信、以上行通信为主特殊情况下也可下行通信和全双工通信。很快我们将会明白，为什么提高QoS需要从根本上改变技术的下行通信能力。简而言之，除非只有上行通信，否则QoS都会受到影响。在之前的文章中，我已经提出过在评价某种网络技术时，底层技术和调制方案才是核心因素。毫不意外，这一逻辑也适用于此。

　　全双工通信与QoS，并不是所谓的鱼和熊掌！

　　超窄带调制方式支持全双工通信，Telensa公司的超窄带解决方案就是一个例子，该解决方案能提供高水平的QoS。但是由于底层的特性与整个调制方式融合在一起，因此并不能作为独立的部分被拧出来。

　　那么，扩频技术是否有益于QoS呢？其实，宽带调制方式也支持全双工通信，最初的Weightless-W技术就是一个例子。但是，其他的宽带解决方案却不是，令人惊讶的是，一种广为人知的LPWAN技术居然也声称自己支持全双工通信。再说说Weightless-P，该技术是一种工业物联网技术，支持全双工通信。同时，Weightless-P还支持已经认证或者非认证情况下的单一传播和多路传播，不仅为资源配置提供一个灵活的认证机制，还能在上行和下行的情况下为来自于网络或者设备的消息提供分页能力及降低时延。它使网络更加高速，并且拥有正向纠错、自动请求重传、自适应信道编码、切换、漫游等能力。当然，真正的双向通信能力应该还要支持无线固件升级和重大安全协调或更换。

　　最后说说NB-IoT吧，该技术将会运行在高带宽、授权频谱上，在不需要很严格管理控制的情况下依然能够保证较高的QoS。就性能来说，这是非常完美的，但是我在第一篇文章《LPWAN技术众多，最终谁将推开这个市场的大门？》中就已经提到，NB-IoT商业化部署的路还很漫长，并且还可能面临能源消耗溢价及成本方面的问题。