LPWAN이란 무엇입니까?? 저전력 광역 네트워크 기술 소개

목차
LPWAN이 무엇인가요?

오늘, IoT 기술의 눈부신 발전으로 이전에는 불가능했던 개인과 장치 간의 연결이 현실화되었습니다.. LPWAN이 IoT 세계의 화두로 떠올랐습니다., 이전에는 얻을 수 없었던 솔루션 제공. 단거리용, 우리는 다음과 같은 일을했습니다 와이파이, 블루투스, 지그비 다른 사람. 그리고 장거리의 경우, 2G가 있었어, 3지, 4G 셀룰러 네트워크 등.

그러나 전력 요구 사항과 범위를 기준으로 이러한 무선 기술을 살펴보면, 저전력에는 격차가 있다는 것을 알 수 있을 것입니다., 장거리 옵션. 이것이 바로 틈새 LPWAN 기술이 완벽하게 들어맞는 것입니다.. 짧은 배터리 수명을 채워줍니다., 이전에 보유했던 무선 통신 옵션 라인업에서 누락된 장거리 이동 공백.

LPWAN이란 무엇입니까?

LPWAN, 또는 저전력 광역 네트워크 (때로는 LPWA라고도 함) 표준이나 단일 기술이 아닌 비교적 새로운 용어입니다.. 대신, 이는 다양한 독점 및 오픈 소스 프로토콜을 포함하는 일반적인 용어에 가깝습니다.. 본질적으로, LPWAN은 저전력을 위해 설계된 무선 네트워크 제품군을 나타냅니다., 장치 간 장거리 통신.

LPWAN 기술의 통신 거리는 도시 지역의 수 킬로미터에서 10 농촌 지역에서는 더 많은 킬로미터. 이는 본질적으로 보다 효율적이고 비용 효과적인 커뮤니케이션을 의미합니다. – 즉. 더 적은 전력 소모로 범위를 최대화할 수 있습니다.. 가까운 미래에 있을 것으로 추정된다., LPWAN은 훨씬 더 혁신적인 방식으로 더 넓은 애플리케이션을 수용할 것입니다..

LPWAN 기술의 토폴로지 및 아키텍처

토폴로지 구조에서, LPWAN은 두 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다.: 별과 메쉬. 이와 관련하여, 셀룰러 기술은 일반적으로 이와 관련하여 보편적이며 이동성을 지원합니다.. 스타 또는 스타-투-스타 토폴로지는 비용 효율성으로 인해 메시 네트워크보다 LPWAN에 선호됩니다..

LPWAN의 중심, LPWAN의 단순 아키텍처의 다른 구성 요소에는 무선 연결이 포함됩니다., 인터넷, 그리고 구름. 기지국/게이트웨이는 원격으로 분산된 수많은 엔드 노드로부터 데이터를 수집하고 LPWAN의 입력에 응답합니다.. 기지국/게이트웨이는 이 데이터를 수신 및 복조하고 이더넷과 같은 표준 TCP/IP 백홀 링크를 통해 전송하는 경계 장치입니다., 셀룰러 네트워크, 기타, 백엔드 서버로.

공공 LPWAN 서비스의 경우, 그런 다음 데이터는 최종 사용자 애플리케이션으로 전송되기 전에 네트워크 운영자의 서버를 통해 전달됩니다.. 개인 관리형 LPWAN에서, 데이터는 최종 사용자의 사전 정의된 백엔드로 직접 라우팅될 수 있습니다.. 이렇게 하면 LPWAN 장치 데이터가 비공개이고 안전하게 유지됩니다..

LPWAN 표준: 셀룰러 LPWA 및 비셀룰러 LPWA

LPWAN 기술을 살펴보기 전에, 그들이 속한 기본 카테고리를 이해하는 것이 중요합니다. LPWAN은 크게 두 그룹으로 분류됩니다.: 허가되지 않은 주파수 대역 내에서 작동하는 것 (LoRa나 SigFox처럼), 허가된 주파수 대역 내에서 작동하고 3GPP 표준을 준수하는 셀룰러 기술 (LTE-M, NB-IoT 등). 아래에, 적극적으로 배포된 LPWAN 기술 옵션을 살펴보겠습니다..

셀룰러 LPWAN (라이센스 스펙트럼)

셀룰러 LPWAN은 정부 또는 규제 기관의 승인이 필요하며 일반적으로 기존 네트워크 사업자를 활용합니다.’ 하부 구조. 하나, 안정적인 장치-기지국 연결이 필요합니다., 그래서 도심과 같이 인구 밀도가 높은 지역에 더 적합합니다., 주거 지역, 및 산업 단지. 셀룰러 LPWAN 표준에는 EC-GSM-IoT가 포함됩니다., LTE 고양이. M1 (LTE-M) 그리고 NB-IoT, LTE 스펙트럼 내에서 작동 (700MHz~3.5GHz).

EC-GSM-IoT

EC-GSM-IoT 또는 확장된 적용 범위 GSM IoT는 3GPP 릴리스에서 처음 도입되었습니다. 13. eGPRS를 기반으로 한 셀룰러 LPWAN 기술입니다., 기존 모바일 네트워크와 인프라를 활용하는 것을 목표로 함 (대부분 2G/GSM) 원격 IoT 통신 구축. 허가된 스펙트럼을 사용하여 안정적이고 안전한 통신을 제공합니다.. 다른 셀룰러 기술과 비교, GSM은 더 넓은 범위를 제공합니다. 개선된 버전, eGPRS/엣지, 더 높은 데이터 속도를 지원하면서 이러한 이점을 유지합니다..

협대역 IoT (NB-IoT)

NB-IoT (협대역 사물 인터넷) IoT 장치 연결을 위해 3GPP에서 개발한 LPWAN 무선 기술 표준입니다.. 3GPP CIoT 기술로는, NB-IoT는 EC-GSM-IoT 및 LTE-M과 비교하여 IoT 통신을 위한 무선 인터페이스를 추가로 정의합니다.. 허가된 스펙트럼 대역 내에서 작동, 약 180kHz의 좁은 대역폭을 사용합니다.. NB-IoT는 3GPP와 Nokia와 같은 주요 통신 장비 공급업체 간의 협력을 통해 표준화되었습니다., 화웨이, 그리고 에릭슨.

표준화 3GPP
적용 범위 도시의 (1km), 시골의 (10km)
대역폭 200 KHz
회수 라이선스가 부여된 LTE 대역

LTE-M

LTE-M (LTE-기계 대 기계), eMTC라고도 함 (향상된 기계 유형 통신), LTE에서 파생된 또 다른 3GPP LPWAN IoT 기술입니다.. 더 높은 데이터 속도와 이동성을 지원합니다. (까지 350 km/h) NB-IoT와 비교. LTE-M은 허가된 스펙트럼에서 작동합니다., 2G와 공존, 3지, 4지, 및 5G 셀룰러 네트워크.

LTE-M은 처음에는 3GPP 릴리스에서 Low-Cost MTC로 명명되었습니다. 12 나중에 릴리스에서 eMTC로 이름이 변경되었습니다. 13. 3GPP 릴리스 전반에 걸쳐 향상된 기능으로 LTE-M의 기능이 확장되었습니다.. 릴리스 14 과 15 이동성을 통해 향상된 적용 범위 수준 지원 가능. 풀어 주다 14 VoLTE 추가 (LTE를 통한 음성) 능력. 풀어 주다 15 더 높은 이동성 IoT 장치에 대한 새로운 사용 사례를 기반으로 구축. 풀어 주다 16 5G New Radio와의 공존을 위한 개선으로 계속 진화 (NR).

표준화 3GPP
범위 1-10 km
대역폭 1.4 MHz
회수 라이선스가 부여된 LTE 대역

비셀룰러 LPWAN (허가되지 않은 스펙트럼)

비셀룰러 LPWAN은 허가되지 않은 ISM 주파수 대역 내에서 작동하며 네트워크 운영자 인프라에 의존하지 않습니다.. 장치는 데이터를 직접 전송하거나 게이트웨이를 통해 애플리케이션/네트워크 서버로 전송합니다.. 로라 외에도, 다른 비셀룰러 LPWAN에는 Sigfox가 포함됩니다., 무중력, RPMA, 심포니 링크, 그리고 와이즈, 대시7, 기타. ~100bps~250kbps의 통신 속도와 2km~100km의 거리를 갖는 Sub-GHz 주파수 대역을 활용합니다.. 비셀룰러 LPWAN은 일반적으로 셀룰러 적용 범위가 제한된 원격 지역에 배포됩니다., 산악 지역, 섬, 전용 엔터프라이즈 네트워크 구현을 위해.

로라/LoRaWAN

로라 프로토콜 스택의 PHY 사양입니다., 특히 Semtech에서 개발한 독점 Chirp Spread Spectrum 변조를 참조합니다.. 그만큼 로라 완 표준은 LoRa PHY 계층 위에서 작동하는 MAC 계층 프로토콜 및 시스템 아키텍처를 정의합니다., LoRa Alliance에서 유지 관리, 거의 빠르게 성장하고 있는 500 전 세계 회원사.

LoRa는 주로 여러 최종 장치에서 게이트웨이로의 업링크 통신을 위해 고안되었습니다., 충돌을 줄이고 게이트웨이 용량을 늘리기 위해 다양한 채널과 데이터 속도에 걸쳐 코딩된 메시지를 사용합니다.. 도시와 농촌/원격 지역 모두에서 작은 데이터 페이로드와 빈번하지 않은 통신이 필요한 애플리케이션에 매우 적합합니다.. 단일 LoRaWAN 게이트웨이는 수많은 노드와 최종 장치의 연결을 처리할 수 있습니다..

표준화 로라 얼라이언스
범위 도시의 (5km), 시골의 (15km)
대역폭 125 KHz 및 250 KHz
회수 169 MHz, 433 MHz (아시아), 868 MHz (유럽) 과 915 MHz (북아메리카)

시그폭스

Sigfox는 널리 채택된 비-3GPP LPWAN 기술 중 하나입니다.. 처음 도입한 Sigfox 회사의 이름을 딴 독점 LPWAN 기술입니다.. 초장거리를 달성하기 위해 초협대역 무선을 활용합니다., 저전력 무선 IoT 연결.

하나, Sigfox의 좁은 대역폭은 장치에 데이터를 전송하는 다운링크 기능을 심각하게 제한합니다.. 초협대역은 잠재적인 간섭 문제를 일으킬 수 있습니다.. 이러한 제한에도 불구하고, Sigfox는 여전히 저명한 LPWAN 업체로 남아 있으며 유럽에서 성공적인 견인력을 얻었습니다..

표준화 ETSI와 협력하여 표준화됨
범위 도시의 (10km), 시골의 (40km)
대역폭 100 Hz
회수 862 에 928 MHz

무중력

무중력 시그(SIG) ( 무중력 SIG) 에 설립되었습니다 2008, LPWAN 기술 표준화를 목표로. 프로모터 그룹 구성원에는 Accenture가 포함됩니다., M2COMM, 팔, 그의 전화, 그리고 소니 유럽.

Weightless는 다양한 응용 시나리오에 맞게 조정된 세 가지 변형으로 구성됩니다.: 무중력-W, 무중력-N, 그리고 무중력-P. Weightless-W는 TV 공백에서 작동합니다. (TVWS) 밴드이며 배포가 더 복잡합니다.. Weightless-N은 Sigfox와 유사합니다., GHz 미만의 비면허 대역에서 실행되는 협대역 프로토콜입니다., NWave에서 활용. 사무용 겉옷, Weightless-N과 Weightless-P는 Weightless-W에 비해 더 많은 관심과 배치를 받았습니다..

심포니 링크

Symphony Link는 Link Labs에서 개발한 LPWAN 프로토콜입니다., LoRa Alliance 회원사. Link Labs는 Semtech의 LoRa 물리 계층 칩셋을 사용합니다., Symphony Link라는 자체 맞춤형 MAC 계층 소프트웨어 스택을 구현했습니다., 개방형 LoRaWAN 사양을 사용하는 대신.

LoRaWAN 표준과 비교, Symphony Link의 주요 차이점은 게이트웨이 추가를 통한 안정적인 메시지 전달 및 동적 네트워크 확장과 같은 향상된 네트워크 기능입니다..

LPWAN 기술의 응용

LPWAN은 범위와 전력 소비 측면에서 승자입니다.. LPWAN을 활용하면 원격으로 센서로부터 데이터를 수집하고 장거리 추적이 가능합니다.. 이 섹션의, 실제 사용 사례 중 일부를 살펴보겠습니다..

스마트 가스 및 수도 계량

자동 검침 시스템은 전기를 포함한 유틸리티 소비 데이터의 원격 무선 수집을 위해 LPWAN을 활용합니다., 가스, 그리고 물. 운영자가 수동으로 데이터를 확인하고 기록하는 시대는 지났습니다.. 사용자는 매일 사용하는 소비 데이터의 양에 대한 가시성을 얻을 수도 있습니다..

스마트 빌딩

건물 내부, LPWAN은 주거 전반에 걸쳐 활용됩니다., 광고, 산업시설을 더욱 스마트하게 만드는. 가정 내 설정, 스마트 잠금 장치와 같은 스마트 홈 장치, HVAC 시스템, LPWAN을 통해 조명을 통합하고 중앙에서 관리할 수 있습니다.. 사무실 및 상업용 건물에서, LPWAN을 사용하면 공간 점유 및 도어 센서와 같은 보안 시스템에 대한 모니터링을 중앙 집중화할 수 있습니다..

스마트 폐기물 관리

스마트 폐기물 관리는 스마트 시티 이니셔티브에 더욱 널리 사용되고 있습니다.. 쓰레기통 내에 설치된 센서는 채우기 수준을 모니터링할 수 있습니다., LPWAN을 통해 중앙 시스템으로 데이터 전송. 미리 정해진 충전 수준에 도달하면, 시기적절한 수집 및 폐기를 위해 경고가 생성됩니다.. 게다가, LPWAN 추적기를 장착하여 폐기물 트럭의 위치정보 획득이 가능합니다..

스마트 주차

스마트 주차 시스템에서는, LPWAN 기술을 통해 주차공간 점유율을 실시간으로 모니터링하고 관리할 수 있습니다.. 주차공간에 설치된 센서로 점유상태를 정확하게 감지할 수 있습니다.. 이용자는 모바일 앱을 통해 주차 가능 여부를 확인하고 원격으로 주차비를 결제할 수 있다..

스마트 농업

LPWAN은 스마트 농업 시스템으로 확장되고 있습니다.. 농부는 다양한 센서를 설치할 수 있습니다 (더러워진 수분, 온도, 습기, 빛, 기타) 들판에서. 그런 다음 LoRaWAN 또는 NB-IoT와 같은 기타 LPWAN을 활용하는 센서에서 원격으로 데이터를 수집할 수 있습니다..

라이선스가 부여된 LPWAN과 라이선스가 부여되지 않은 LPWAN의 인기 있는 비교

사용 가능한 수많은 LPWAN 기술을 고려하면, 현명한 선택이 중요하다. IoT Analytics에 따르면’ 시장 조사 추정, 으로 2024, 위에 97% 의 LPWAN 시스템이 LTE-M을 사용하여 배포됩니다., NB-IoT, 시그폭스, 또는 LoRa 기술. 따라서, 상단을 비교해보겠습니다 4 LPWAN 기술: NB-IoT, LTE-M, 시그폭스, 그리고 로라.

NB-IoT, LTE-M, LoRaWAN, Sigfox 비교표

LTE-M NB-IoT 로라 완 시그폭스
사양 기관 3GPP 3GPP 로라 얼라이언스 소유권
주파수 대역 라이선스가 부여된 LTE 대역 라이선스가 부여된 LTE 대역 무면허 ISM 대역 무면허 ISM 대역
최대 범위 대략. 10 km 대략. 10 km 대략. 15 km 대략. 40 km
전력 소비 낮은 낮은 낮은 초저
처리량 200kbps 1mbps 50kbps 600bps
장치 배터리 수명 10+ 연령 10+ 연령 15+ 연령 15+ 연령
양방향 통신
보안 3GPP(128-256 비트) 3GPP(128-256 비트) AES 128 비트 AES 128 비트
현지화 예 (TDOA) 예 (RSSI)
비용 보통의 보통의 낮은 낮은

올바른 LPWAN 선택

NB-IoT는 기존 LTE/GSM 네트워크를 활용하여 IoT 장치에 낮은 대역폭 연결을 제공하는 3GPP LPWAN 기술입니다.. 장치 전력 소비를 향상시킵니다., 시스템 용량, 스펙트럼 효율성 및 심층 커버리지 성능, 산업에 적합한, 빌딩 자동화, 스마트 시티, 상태 모니터링 및 재난 대응 IoT 사용 사례.

LTE-M은 NB-IoT와 유사한 애플리케이션을 대상으로 하지만 더 높은 대역폭을 사용하여 더 높은 데이터 속도와 더 엄격한 보안을 가능하게 합니다., 더 높은 전력 소비 수준에서도. 전력 제약이 덜 엄격한 비디오 모니터링과 같이 더 높은 처리량이 필요한 애플리케이션에 적합합니다..

Sigfox 및 LoRaWAN은 비면허 스펙트럼에서 작동하는 비-3GPP 기술입니다.. 좁은 대역폭으로 인해 수년간의 배터리 수명이 필요한 엔드포인트에서 드물게 작은 페이로드를 전송할 수 있는 초저전력 작동이 가능합니다., 하지만 데이터 속도 제약이 낮습니다.. Sigfox는 저전력 및 간단한 배포를 우선시하지만 펌웨어 업데이트를 위한 다운링크가 부족합니다.. LoRaWAN은 저렴한 비용으로 양방향 장치 관리를 지원합니다.. 둘 다 스마트 농업에 도움이 될 수 있습니다, 자산 추적 및 관련 낮은 처리량 IoT 모니터링 시나리오.

LPWAN이 미래다

빠르게 발전하는 신기술로서, LPWAN 환경은 개발 단계에 있으며 아직 성숙되지 않았습니다.. 수많은 시장 참여자들과 함께, 승자가 명확하게 정해지지 않았습니다., 특히 시장 확장의 불확실한 속도를 고려할 때. 각 LPWAN 변종의 장기적인 성능도 여전히 불확실합니다, 많은 기업이 아직 포괄적인 정보가 부족한 초기 배포 단계에 있기 때문입니다., 대규모 실제 테스트.

사실로, ABI Research의 연구에 따르면 IoT 장치 채택이 급증할 것으로 예상됩니다., 추정으로 5.3 십억 LPWAN 기술을 활용할 것으로 예상되는 IoT 장치 2030. LPWAN이 시장 내에서 가장 빠르게 성장하는 연결 도메인이라고 가정합니다.. 이러한 성장을 주도하는 것은 원격 모니터링과 같은 사용 사례에 대한 수요입니다., 드물게 데이터를 전송하고 배터리로 작동해야 하는 경우, LPWAN 기술이 특히 해결에 적합한 특성.

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작성자 ——
닉 헤
닉 헤
건강 상태, 우리 R의 노련한 프로젝트 관리자&D 부, MOKOSMART에 풍부한 경험을 제공합니다, 이전에 BYD에서 프로젝트 엔지니어로 근무한 적이 있습니다.. R에 대한 그의 전문 지식&D는 IoT 프로젝트 관리에 다재다능한 기술을 적용합니다.. 탄탄한 배경을 바탕으로 6 수년 간의 프로젝트 관리 경력을 쌓고 PMP 및 CSPM-2와 같은 인증을 취득하세요., Nick은 판매 전반에 걸쳐 노력을 조정하는 데 탁월합니다., 공학, 테스트, 그리고 마케팅팀. 그가 참여한 IoT 디바이스 프로젝트로는 Beacon이 있습니다., LoRa 장치, 게이트웨이, 그리고 스마트 플러그.
닉 헤
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건강 상태, 우리 R의 노련한 프로젝트 관리자&D 부, MOKOSMART에 풍부한 경험을 제공합니다, 이전에 BYD에서 프로젝트 엔지니어로 근무한 적이 있습니다.. R에 대한 그의 전문 지식&D는 IoT 프로젝트 관리에 다재다능한 기술을 적용합니다.. 탄탄한 배경을 바탕으로 6 수년 간의 프로젝트 관리 경력을 쌓고 PMP 및 CSPM-2와 같은 인증을 취득하세요., Nick은 판매 전반에 걸쳐 노력을 조정하는 데 탁월합니다., 공학, 테스트, 그리고 마케팅팀. 그가 참여한 IoT 디바이스 프로젝트로는 Beacon이 있습니다., LoRa 장치, 게이트웨이, 그리고 스마트 플러그.
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