頻譜資源具有典型的公共資源的特點，尤其是非授權(quán)頻譜。低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)未來大部分都在非授權(quán)的ISM頻譜上部署，不過，不斷增加的通信協(xié)議使用ISM非授權(quán)頻段，讓非授權(quán)的LPWAN成為另一個典型的“公地悲劇”，即各類協(xié)議均希望更多占用頻譜資源從而形成強烈干擾。 “公地悲劇”是公共資源應(yīng)用中的典型現(xiàn)象，最早由英國學(xué)者哈丁提出。“公地”實際上更多代表的是一種公共資源，它并不歸屬于某個私人所有，理論上每一個都對其有使用權(quán)，但所有人沒有權(quán)利阻止其他人使用，于是每一個人都傾向于過度使用，從而造成資源的枯竭。比較容易理解的“公地悲劇”包括過度砍伐的公共森林、過度捕撈漁業(yè)資源及污染嚴重的河流和空氣，都是“公地悲劇”的典型例子。
為什么要引入“公地悲劇”這一公共經(jīng)濟學(xué)的概念?因為我們要探討的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)的無線電頻率使用問題。頻譜資源是無線通信的生命線，不過頻譜資源具有典型的公共資源的特點，尤其是非授權(quán)頻譜。不可避免的，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)也面對著頻譜使用的問題。眾所周知，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)補齊了物聯(lián)網(wǎng)通信層的重大短板，但在未來的商用中，頻譜規(guī)劃和使用是否也存在“公地悲劇”?
知名市場研究公司Machina Research剛剛發(fā)布了新的戰(zhàn)略報告，探討低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)前景以及在物聯(lián)網(wǎng)中的作用。其中，頻譜是這一領(lǐng)域的一個關(guān)鍵問題。到目前為止，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)大部分都在非授權(quán)頻譜上部署，即我們所熟悉的ISM頻段(工業(yè)、科技和醫(yī)療)。一旦基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的LPWA技術(shù)成熟，授權(quán)頻譜在未來也會成為LPWAN的選擇。當然，我們也希望未來至少有一些LoRaWAN的網(wǎng)絡(luò)運行在授權(quán)頻譜上。
授權(quán)與非授權(quán)頻譜的優(yōu)劣勢比較：
采用授權(quán)頻譜的LPWAN
采用非授權(quán)頻譜的LPWAN
優(yōu)勢
使用特許的網(wǎng)絡(luò)可復(fù)用已有的站址快速實現(xiàn)多層次覆蓋
優(yōu)勢
快速面市允許新的供應(yīng)商進入自助選擇
不足
高度依賴頻譜所有者不確定的服務(wù)命題頻譜費用開支
不足
安全性不足生態(tài)鏈不完善服務(wù)質(zhì)量和數(shù)量問題簡而言之，魚和熊掌不可以兼得：解決方案也是來自于各自條件權(quán)衡后的妥協(xié)。我們接下來主要探討非授權(quán)頻譜的模式，因為它也面臨著典型的公共資源使用所面臨的問題。
ISM頻段很長一段時間是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信的必要組成部分，作為WiFi、藍牙以及多種無線技術(shù)的血管，我們可以看到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一個趨勢，即那些之前已被占用的頻譜如何擴展來實現(xiàn)充分應(yīng)用。這次所不同的是，驅(qū)動這一趨勢的是所謂的廣域網(wǎng)絡(luò)。對于近距離通信技術(shù)，多個網(wǎng)絡(luò)的疊加會引起多種技術(shù)故障，只是這些問題影響有限，不至于上升到戰(zhàn)略層面的故障——同一地域中多個運營商共存在某一天可能會產(chǎn)生這樣那樣的風(fēng)險。
當前存在一個的很大的可能性：不斷增加的通信協(xié)議使用ISM非授權(quán)頻段，讓非授權(quán)的LPWAN成為另一個典型的“公地悲劇”——所有參與方各自希望最大化使用稀缺的頻譜資源，導(dǎo)致頻譜資源過度消耗而不利于每一位參與者。“公地悲劇”可能發(fā)生在多種不同的基于ISM非授權(quán)頻譜LPWA網(wǎng)絡(luò)部署后，形成互相重疊，并且如果大部分都有大量終端接入的話(比如每個基站連接上萬個終端)，每日可能產(chǎn)生大量通信需求，但供應(yīng)商在這一環(huán)境下如何有效地處理信號干擾和沖突還不能確定。對于每一運營商來說，他們會在一個區(qū)域盡量多部署一些網(wǎng)關(guān)，這樣會減少基站直接連接的終端數(shù)量，但如果每一供應(yīng)商都采用這一方式，且供應(yīng)商成本增加，這一補救措施效果也會遇到天花板。最后，非授權(quán)的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)的效應(yīng)很大程度上依賴于供應(yīng)商自己的直接控制。
如果過度使用頻譜的現(xiàn)象成為現(xiàn)實后，監(jiān)管機構(gòu)會采取各種措施來處理。一種方式是釋放更多頻譜資源給非授權(quán)使用，這種方式一般出現(xiàn)在擁堵是由于非授權(quán)低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)的成功商用以及市場需要更多頻譜支持其發(fā)展;第二種方式是保持頻譜資源不變，但限制負載循環(huán)和其他設(shè)備參數(shù);第三種也是最具有戲劇化的方式是廢除現(xiàn)存的ISM頻段，并將大部分適用于廣域網(wǎng)絡(luò)的頻段轉(zhuǎn)為授權(quán)頻段，以提升供應(yīng)商的門檻，淘汰不勝任的供應(yīng)商，這樣或許會保留部分碎片化的頻段作為非授權(quán)頻段，但這些頻段只為非商業(yè)化用途而預(yù)留;第四種方式是第三種方式的變體，即堅持頻譜資源免費使用，但設(shè)置一些條款，要求每一個運營商業(yè)化廣域網(wǎng)絡(luò)的機構(gòu)必須取得一張許可證。