ISM免授权频段虽好，但会限制IoT发展？

  从作为一个产业的起点以及尽快取得成功的条件来看，工业、科学与医疗(ISM)免授权频段是一项极其有利的资源，但它并不适用于打造全球性的产业。因为这个频段的网络缺乏支撑全球技术革命进展所需的可靠性、可扩充性以及适用性。

 

ISM频段早已用于机器对机器(M2M)应用，现在更导入物联网(IoT)应用。在此，它可作为发展无线随意(ad-hoc)网络的理想空间。

 

诸如德州仪器(TI)等供应商多年来持续生产利用专用协议的M2M/IoT芯片组。随着IoT的崛起，对于ISM频段产生了更大的兴趣。ZigBee、蓝牙低功耗 (Bluetooth LE)、Z-Wave与Wi-Fi都存在M2M/IoT的足迹。低功耗、广域(LPWA)网络是IoT无线技术的新兴版本，其中有许多都使用了ISM频 谱。

 

ISM提供免费的频谱以及低进入门坎、迅速从原型到量产的能力，以及相当低廉的认证成本。这就是为什么LPWA先驱(例如Sigfox与LoRa)选择ISM频段之故。

 

ISM频段全球可用，但法规与频率范围有所不同。免授权的频谱仍处于管制中。事实上，ISM的开放与自由有赖于严格的发射功率和工作周期(传送所花费的时间)限制，才能有效降低设备之间的干扰。

 

针对广域网(WAN)类型的应用使用ISM频段时，必须记得几件事：例如，实施细则对于所有的发射器均一视同仁。因此，中央节点(基站、集线器或网关)与终端设备具有相同的限制。

 

这些局限直接影响了功能和潜在用例。在一些地区，工作周期可能不到10%，影响到传送数据的多少以及多久可被传送。Sigfox的技术据称限制一天最多传送140个12位(byte)的信息——极其适用于一些简单的计量应用，但严格的限制将排除掉其他许多应用机会。

 

连接到多个设备的应用必须在这些全部设备上分配工作周期。在此情况下，控制应用并不可行，而且你可能会忘记更新固件或配置。

 

此外，sub-GHz频段被广泛认为可为LPWA提供最理想的传布与渗透特性。因此，915MHz与868MHz地区频段最常被用于WAN应用。

 

目前，使用区段ISM频谱仍十分稀少，但随着Sigfox and LoRa等营运商看好成千上万个协同定位设备及其重迭覆盖的发展，未来高度的干扰是不可避免的。其他还有像标准组织Weightless SIG同样寻求以ISM打造物联网网络。此外，802.11ah Wi-Fi瞄准了这个区域频段，LTE-U 与3GPP也同样着眼于这个频谱，这让情况变得日趋复杂。不可避免地，未来这一频段将会变得拥挤，从而影响到服务质量(QoS)。

 

虽然LPWA应用的带宽需求相对较小，仍然必须提供一定的服务质量。物联网设备可望为企业和消费者提供可靠的数据。但随着ISM频频变得开放，未来将无法确保真正的QoS。

 

干扰可能成为无线技术的死亡螺旋。当设备难以将信息传送到目的地时，就会开始不断地重新发送，而使问题更加复杂化，以及消耗更多功耗。有些基于ISM的LPWA网络并没有下行链路模式来确认数据的传送，因上，如果数据并能顺利接收的话，最后就会完全遗失。

 

未来，ISM技术也将难以扩展。因此，想在有限的带宽内安装新的中心节点来增加容量，将会对于现有的部署造成干扰。随着严密的政府法规到位，想要创新地增加服务或因应产业的变化，都将会变得更具挑战性。

 

编译：Susan Hong

 

本文作者Fraser Gibbs，系加拿大Eleven-X公司共同创办人兼首席技术官