国产化低功耗低延时广覆盖物联网无线通讯方案

01 物联网系统中为什么要使用LAKI模组。

物联网系统中使用LAKI模组的原因可以归结为以下几个方面：

技术先进性

广覆盖能力：LAKI模组具有卓越的广覆盖能力，其射频SoC芯片接收灵敏度小于-120dBm@125kbps，系统通讯距离可达5千米以上。这使得LAKI模组在物联网应用中能够轻松覆盖大面积区域，降低网络部署成本。
低功耗特性：LAKI模组配合LAKI无线通讯协议，在超低功耗方面表现出色。例如，在一秒心跳频率（即每秒醒来监听一次），每天发送30次数据（单次数据量从数十到数百字节）的情况下，平均功耗不超过27mAh，即一颗纽扣电池（如CR2450）可供LAKI模组工作十年以上。这种低功耗特性降低了物联网设备的运维成本，减少了频繁更换电池的需求。
低时延性能：LAKI模组在保证广覆盖与超低功耗的前提下，依然能够实现较低的通信延迟。监听周期可设定为从数毫秒到1000秒，且芯片在休眠时有8kbytes retention SRAM，可实时被动唤醒。这对于依赖快速响应和实时数据交换的物联网应用至关重要，如工业自动化、远程医疗、智能交通系统等。

高效的数据处理和网络能力

高数据速率：LAKI模组的带宽最高达1Mbps，能够满足绝大部分物联网低功耗、低成本连接的需求。这一特性使得LAKI模组在传输大量数据时具有更高的效率和稳定性。
大数据容量：LAKI模组具有较大的网络容量，单信道可处理2000终端。这意味着在高密度终端大规模部署和对响应速度要求比较高的物联网应用中，LAKI模组能够保持高效的通信性能。

经济性和灵活性

低成本部署：由于LAKI模组的广覆盖能力，建网时只需要少量网关就可以覆盖大片区域，网络建设简单、快速且成本低。此外，LAKI网关也采用LAKI自研的射频SoC芯片，进一步降低了网关成本。
灵活的组网方式：LAKI模组支持多种网络拓扑，包括星型网络拓扑、网状网以及中继组网方式。这使得LAKI模组能够更好地适应各种复杂的物联网应用场景。

高安全性和稳定性

安全性保障：LAKI模组集成了AES 128加密引擎，且数据传输通过密文传输，提供了较高的数据安全保障。这对于涉及敏感信息的物联网应用尤为重要。
稳定性保障：LAKI模组经过严格的测试和验证，具有稳定的通信性能和较高的可靠性。这保证了物联网系统的稳定运行和数据的准确传输。

综上所述，物联网系统中使用LAKI模组的原因在于其技术先进性、高效的数据处理和网络能力、经济性和灵活性以及高安全性和稳定性。这些优势使得LAKI模组成为物联网系统中不可或缺的重要组成部分。

LaKi技术作为一个已经在智慧零售、仓储物流、铁路、畜牧业、农业灌溉、人员管理、资产管理、工业互联网、语音对讲等领域实现卓越的应用性能。下文将通过两个解决方案更好地阐述LaKi技术的应用优势。

应用示例

站式标签应用系统解决方案

在物联网技术不断推进的今天，标签技术作为连接实体世界与数字信息的桥梁，其重要性日益凸显。

标签的种类繁多，常见的有条形码、二维码、无源RFID、有源RFID以及各种功能标签（如测温标签、压力标签、计步标签、位移标签、气体监测标签、墨水屏标签等）。他们都有各自的应用优势和劣势，例如，条形码、二维码成本低廉，但只能逐个扫描，效率比较低；无源RFID成本高一点，能够在数米或十数米的范围内快速读取，效率高一点，成版本也高一点；有源RFID的技术选择很多，可以在数十米的范围内读取数据，受限于功耗，但由于一般采用标签主动发射信息给网关（也可以叫读卡器）这种工作方式，器件精度和信号碰撞使其对同一区域的终端数量有些限制，所以，一般一个区域只能部署200~300个有源RFID。功能标签也是名目繁多，但采用的无线技术要么通讯距离短，要么功耗比较高，成本非常高，所以只有少量的功能性标签。传统的标签硬件系统一般是分离的，很难共用同一种基础网络技术。现阶段多标签系统的硬件架构一般如下图所示，标签层和读写层都有太多的选择，现有的技术有其不同的优劣势，异构、分离的标签系统的简单组合大幅增加了客户网络成本、部署成本、使用成本和维护成本，从而严重影响了企业或社会利用各种标签技术实现智改数转的进程。

LaKi一站式标签融合应用硬件平台以其独特的技术优势，正在重塑标签领域的应用前景，为企业提供了一种全新的、高效的解决方案。LaKi的工作功耗低、通讯距离远、网络吞吐率高，非常适合大规模一站式标签系统的底层技术。

如上图所示，只需要在标签应用区域部署一个网关，就可以覆盖半径500米以上的一大片区域，单信道网络处理能力超过1000pps。采用LaKi技术的有源RFID、功能性标签可以自由地部署，合适的设计可以让标签生命周期内无需更换电池，亦即无需维护。二维码、条形码等异构标签可以通过内置的LaKi模块的读卡器或数据采集器进行应用，无需改变操作人员的操作方式和习惯。总结起来，LaKi一站式标签应用系统具备很多优势，例如

标签自由选择权还给客户：由于LaKi是目前唯一能够同时实现三大关键特性的无线技术，因此，采用LaKi技术的有源RFID、功能标签等都有机会做到最佳性价比；如果客户已经采用了条形码、二维码或无源RFID中的一种到几种，都可以通过LaKi读卡器或采集器统一接入到LaKi网络，从而实现一网通用，保护用户的原有标签投资。
网络部署方便快捷成本低：一个网关即可覆盖一大片区域（工厂园区单网关覆盖80万平方米以上，空旷地区600万平米以上），建网非常快速、方便，就像部署家用WiFi路由器一样简单，用户可以轻松自助部署，而硬件成本只需要千元左右。
终端成本低廉部署傻瓜化：LaKi技术的工作功耗低、通讯距离长、网络处理能力强，使得很多终端可以以钮扣电池等低容量电池为电源续航终身，终端体积也因此降低，从而可以让用户自主安装，到期（电量耗尽）直接更换，避免了成本高昂的部署成本、使用成本和维护成本。
解决信号碰撞实现高密度部署：LaKi技术的带宽比较高，如果LaKi有源RFID采用和传统有源RFID的终端主动周期性报名的工作模式，其部署密度可以是传统有源RFID数倍；但LaKi由于发射和接收功耗都很低，可以采用点名、群呼等方式实现有序报名，从技术层面解决信号碰撞的问题。这样，采用LaKi技术的有源RFID、功能标签或LaKi读卡器可以突破传统有源RFID等终端设备的密度限制，实现高密度部署。
低功耗双向通信保证高可靠性：传统的有源RFID一般是单向通讯，如果要双向通信的话功耗就比较高， LaKi可以低功耗双向通讯，可以让用户实现快速按需盘点，这是单向通讯无法做到的。
基于全球免费频段可全球畅用：LaKi技术PHY层射频SoC基于2.4GHz的全球免费ISM频段，因此可以在全球范围内应用，无需担心不同国家和地区的频谱政策限制。

无网络语音对讲解决方案

在追求高效沟通与无缝连接的今天，LaKi超低功耗实时广域网技术以其卓越的性能指标与创新应用，正重塑无网络语音对讲领域的行业标准。凭借前所未有的空口速率、极低的发射功率需求以及出色的通信距离，LaKi不仅提供了卓越的语音对讲能力，更实现了多方实时通话的突破，开启了节能、高效且用途广泛的无线通信新时代。

超凡性能，打破传统界限

LaKi技术的核心亮点在于其惊人的空口速率高达1Mbps，这一速率不仅确保了语音数据的高速传输，还为未来的功能升级和多元应用场景预留了充足空间。尤其值得一提的是，仅需微弱的5dBm发射功率，LaKi即可实现超过1.5公里的有效通信距离，远超同类技术标准。这意味着在保持超低能耗的同时，LaKi设备能在更大范围内可靠地进行语音对讲，大大拓宽了用户活动范围，尤其适用于户外探险、大型活动管理、应急响应等需要广阔覆盖的场景。

实测验证，超越期待表现

实际测试进一步验证了LaKi技术的强大实力。在仅采用100mW发射功率与2dBi天线配置下，LaKi系统成功实现了长达3.5公里以上的清晰语音通信，这与市面上普遍采用2W发射功率的传统对讲机所达到的距离旗鼓相当。这一卓越表现不仅彰显了LaKi技术的能效比优势，更证实其在降低设备体积、减轻重量、延长电池寿命等方面具有无可比拟的潜力，为用户带来轻便、持久且高性能的对讲体验。

大带宽，开启多方对话新纪元

LaKi技术的大带宽特性赋予了系统充足的资源余量，使其能够轻松应对复杂、多变的通信需求。目前，LaKi已成功实现八方同时通话，彻底颠覆了传统一对一或小规模组群对讲的局限。无论是大规模团队协作、紧急调度指挥，还是跨地域的多方会议交流，LaKi都能确保每位参与者的声音清晰、流畅地传递，实现真正意义上的实时多方通话，极大地提升了沟通效率与协同效果。

LaKi超低功耗实时广域网技术以其独特的技术优势，正在改写无网络语音对讲的规则手册。凭借超高的空口速率、极低的发射功率需求、超远通信距离以及开创性的多方实时通话功能，LaKi为各行各业提供了前所未有的高效、节能、长距离的无线通信解决方案。无论是专业领域还是日常生活中，LaKi都展现出强大的适应力和革新力，无疑是引领未来语音对讲技术发展、塑造通信新标杆的杰出代表。

本文会再为大家详解无线通信模组家族中的一员——LAKI模组。

02 LAKI模组的定义

LaKi技术由千米电子历经多年研发而成，专注于物联网最后一千米的大规模、低成本海量覆盖。该技术包含了协议层（MAC）LaKiplus和物理层（PHY）射频SoC芯片，是目前唯一能够同时实现广覆盖、低功耗和低时延的无线技术。基于LaKi射频SoC为主而设计的模组，称之为LAKI模组.

LAKI通信原理

LaKi采用CSMA/CA协议，信道利用率可以达到100%，与LoRa等采用Aloha网络模型的技术相比，利用率高得多， Aloha模型的信道利用率最高只有18%。 CSMA/CA和Aloha网络模型的具体原理见下图：

这也是为何LoRa的并发用户数量比较低的原因所在。某用户实测数据为2000个点的LoRa网络，需要37分钟才可以盘点完毕。就是因为信道利用率低导致严重的网络拥塞，这不光大大降低了响应速度，也会造成终端耗电的急剧上升，上述网络的终端用20000mAh的电池供电，两个多月就要充一次电。

LAKI模组的优势

广覆盖：LaKi射频SoC芯片接收灵敏度小于-120dBm@125kbps，系统通讯距离可达5千米以上。在发射电流仅5.9mA（5dBm功率）的条件下，LaKi能实现超过1.5公里的有效通信距离。
低时延：监听周期可设定为从数毫秒到1000秒，LaKi芯片在休眠时有8kbytes retention SRAM，可实时被动唤醒。
低功耗：最大接收电流7.5mA，发射电流4.5mA@0dBm，8mA@4dBm；在通讯距离1公里以上、1秒监听周期的情况下，平均电流小于3微安。

LaKi在这些关键指标上都处于领先地位，重新定义了物联网通信标准。相较于传统的LoRa、蓝牙（BLE）、NB-IoT以及ZigBee技术，LaKi在地理覆盖范围、设备续航能力以及实时数据处理等方面均展现出压倒性的优势，为物联网应用的部署和扩展提供了更为经济、高效、灵活的选择。无论是对于远程环境监测、大规模资产跟踪、智慧城市的基础设施管理，还是对于需要实时交互和长距离通信的各类创新应用，LaKi都以其技术革新性推动着物联网行业向更广阔、更深入、更实时的维度发展，开启了物联网应用的新纪元。

LPWAN的三种主流技术NB-IoT、LoRa和Sigfox节电的机制类似，都是通过大量的睡眠和少量的工作时间规划来实现低功耗，而在终端睡眠时，网关是无法和终端进行任何通信的；NB-IoT和LoRa相比于Sigfox，带宽增加了，而前两者还能够支持低时延通信，后者却不能，例如LoRa的Class C模式，NB-IoT的DRX模式，但在这样的通讯模式下，终端的功耗非常高，需要接电源或者使用大容量电池。因此，LoRa和NB-IoT是无法同时实现低时延通讯和低功耗的，决定了他们只能根据实际应用进行取舍。可实际应用中，物联网特别是智慧物联网的多数应用是需要低时延的，也即双向实时/准实时通讯，因此，NB-IoT和LoRa只能在少数对实时性没有要求、数据量少且发送频次低的应用场景里能够有较低的总体成本。可见，虽然他们的建网成本比较低，但由于只适应少量的应用场景，导致网络能够承载的业务少，从而网络的价值并不高。这也是国内自2016年开始大力推广NB-IoT以来，人们预期的爆发却并没有到来的根本原因。

LaKi设计之初就是要同时实现广覆盖（关键特性1）、低时延（关键特性2）和低功耗（关键特性3）的，这在很多业内人士眼里看起来像是不可能的任务，但LaKi无线通讯协议从MAC层的角度同时实现了这三个特性，而LaKi射频SoC芯片则从PHY层的角度则使这个目标变成了现实。

LAKI通信与组网方式

主要采用星型网络（star network）部署，根据应用现场需要支持mesh-like和中继方式部署。后两者增强了LaKi的覆盖能力。除了星型组网方式外，可提供其他组网方式，如mesh-like，与星型组网方式比较，这种组网方式可以提高网络的可靠性（规避单点故障），大大提升了覆盖范围。

LAKI模组的功耗

按照NB-IoT自身的宣传来看， 5WH的电池，每天定期醒来一次（即最省电的PSM模式，注意：并不是双向实时通信，是单向通信！），发送200Byte的数据，可以用12.8年。我们可以反向推出其一天的功耗：

电池如果电压是3.7V的话， 5WH的电池电量为： 5（WH）/3.7V ≈ 1350mAH

每天的功耗：1350mAH/（12.8×365）≈0.2890mAH

这说明即使NB-IoT终端即使在无法实时响应且一天只传送一次数据的PSM模式下，其功耗也是一天传送30次数据且能够实时响应的LaKi终端的5倍！

NB-IoT的PSM模式是无法做双向实时通信的，即使在每天200Bytes这样小的数据量的情况下，其功耗也是LaKi的五倍左右，表明NB-IoT的睡眠功耗非常高。根据华为的数据，ＤＲＸ模式一天使用２４ｍＡｈ的电量，　ｅＤＲＸ模式一天使用１．５ｍＡｈ的电量，具体监听间隔没有看到说明，但只有DRX模式可以做到接近一秒（1.28秒）的准实时响应，按照华为的宣传特点，此实际功耗应该比其宣称的24mAh的要大，但即使是按照24mAh的耗电量来看，两颗CR2450电池（理想电量1500mAh）理想使用时间也就是60天，而可以对比的是，同样的电量，LaKi在实时双向通信模式下的理想使用时间可为72年！如果终端数量增多，还会进一步加剧功耗，根据实际的使用情况， 20000mAh的可充电电池，在200个NB-IoT终端的情况下，只能用６个月。

LoRa的情况比NB-IoT要好些，但由于其采用的Aloha网络模型等原因，信道利用率不好，实际使用中，20000mAh的电池在200个终端的情况下，可以大约使用15个月， 2000终端时大概使用3个月。这是因为终端的增多会增加网络碰撞的几率，使终端发射时间增加，从而更加耗电。

03 供应商A：LaKi 常州千米电子科技

http://1000miot.com/cn/home

1、产品能力

（1）主推型号1：KMS2400AR Tag V1.0

产品详情介绍

TagV1.0是用LK2400SA射频SoC为主而设计的模组，其大小只有一个一元硬币大小，可以直接用来做有源RFID或者物联网连接模块。当用TagV1.0来做有源RFID时，在保持Tag能够实时响应且通讯距离达一公里以上时，一颗CR2432纽扣电池可以续航5年以上（理论值超10年），且盘点迅速，单信道每秒可以盘点2000以上的终端。用于物联网连接时，在监听周期一秒（即一秒响应）、每天传输数十次数百字节信息时，平均电流小于8微安，年耗电量30-60mAh。

硬件参考设计

2、支撑

（1）技术产品

技术资料

9_LK2400A-API_UserManual-v4.6(40pin).pdf

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