Что такое ЛПВАН? Введение в технологию маломощной глобальной сети

Cегодня, Выдающиеся успехи в технологиях Интернета вещей сделали реальностью некогда невозможные связи между людьми и устройствами.. LPWAN стала горячей темой в мире Интернета вещей., предлагая решения, ранее недостижимые. Для коротких дистанций, у нас были такие вещи, как Вай-фай, Bluetooth, Зигби и другие. И на большие расстояния, был 2G, 3грамм, 4G сотовые сети и тому подобное.

Но если вы посмотрите на эти беспроводные технологии с учетом их потребностей в мощности и дальности действия., вы бы заметили, что существует пробел для маломощных, дальнобойные варианты. Это ниша, в которую технология LPWAN идеально вписывается.. Это восполняет короткое время автономной работы, пустота, которая отсутствовала в линейке вариантов беспроводной связи, которые у нас были раньше.

Что такое ЛПВАН

LPWAN, или глобальная сеть малой мощности (иногда также называется LPWA) это относительно новый термин, который не является стандартом или отдельной технологией.. Вместо, это скорее общий термин, включающий различные проприетарные протоколы и протоколы с открытым исходным кодом.. В сущности, LPWAN относится к семейству беспроводных сетей, предназначенных для работы с низким энергопотреблением., дальняя связь между устройствами.

Дальность связи технологий LPWAN варьируется от нескольких километров в городских районах до 10 больше километров в сельской местности. По сути, это означает сообщение о том, как стать более эффективным и экономически выгодным. – т.е.. мы можем максимизировать дальность действия при меньшем энергопотреблении. Предполагается, что в ближайшем будущем, LPWAN будет охватывать более широкое применение гораздо более инновационным способом..

Топология и архитектура в технологиях LPWAN

Из топологической структуры, LPWAN можно разделить на две основные категории.: звезда и сетка. В этой связи, сотовые технологии обычно универсальны в этом отношении и поддерживают мобильность.. Топологии «звезда» или «звезда-звезда» предпочтительнее для сетей LPWAN по сравнению с ячеистыми сетями из-за их экономической эффективности..

В основе LPWAN, другие компоненты простой архитектуры LPWAN включают беспроводную связь., интернет, и облако. Базовая станция/шлюз собирает данные от многочисленных удаленно распределенных конечных узлов и реагирует на входные данные от LPWAN.. Базовая станция/шлюз — это пограничное устройство, которое получает и демодулирует эти данные и отправляет их по стандартному транзитному каналу TCP/IP, например Ethernet., сотовая сеть, и т.п., на внутренний сервер.

Для общедоступных сервисов LPWAN, данные затем пересылаются через серверы оператора сети перед отправкой в ​​приложение конечного пользователя.. В частных сетях LPWAN, данные могут быть перенаправлены непосредственно на заранее определенный сервер конечного пользователя.. Это гарантирует конфиденциальность и безопасность данных устройства LPWAN..

стандарты ЛПВАН: сотовый LPWA и несотовый LPWA

Прежде чем углубляться в технологии LPWAN, очень важно понимать основные категории, под которые они подпадают. Сети LPWAN можно разделить на две группы.: работающие в нелицензионных диапазонах частот (как LoRa и SigFox), и сотовые технологии, работающие в лицензированных диапазонах частот и соответствующие стандартам 3GPP. (такие как LTE-M и NB-IoT). Ниже, мы рассмотрим некоторые активно используемые варианты технологии LPWAN..

Сотовая сеть LPWAN (Лицензионный спектр)

Сотовые сети LPWAN требуют разрешения государственных или регулирующих органов и обычно используют существующих сетевых операторов.’ инфраструктура. тем не мение, им требуется надежное соединение устройства с базовой станцией, поэтому он больше подходит для густонаселенных районов, таких как городские центры., жилые зоны, и индустриальные парки. Стандарты сотовой связи LPWAN включают EC-GSM-IoT., LTE-кошка. M1 (LTE-М) и NB-IoT, работающий в диапазоне LTE (700МГц-3,5 ГГц).

EC-GSM-IoT

EC-GSM-IoT или GSM IoT с расширенным покрытием был первоначально представлен 3GPP в выпуске. 13. Это сотовая технология LPWAN, основанная на eGPRS., стремясь использовать существующие мобильные сети и инфраструктуру (в основном 2G/GSM) установить удаленную IoT-связь. Он использует лицензированный спектр для обеспечения надежной и безопасной связи.. По сравнению с другими сотовыми технологиями, GSM предлагает более широкое покрытие. Его улучшенная версия, eGPRS/EDGE, сохраняет это преимущество, поддерживая более высокие скорости передачи данных.

Узкополосный Интернет вещей (NB-IoT)

NB-IoT (Узкополосный Интернет вещей) — это стандарт радиотехнологии LPWAN, разработанный 3GPP для подключения устройств IoT.. Как технология 3GPP CIoT, NB-IoT дополнительно определяет беспроводной интерфейс для связи IoT по сравнению с EC-GSM-IoT и LTE-M.. Работа в лицензированных диапазонах спектра, он использует узкую полосу пропускания около 180 кГц. NB-IoT был стандартизирован благодаря сотрудничеству 3GPP и ведущих поставщиков телекоммуникационного оборудования, таких как Nokia., Huawei, и Эрикссон.

LTE-М

LTE-М (LTE-машина-машина), также известный как eMTC (Расширенная машинная связь), это еще одна технология Интернета вещей 3GPP LPWAN, основанная на LTE.. Он поддерживает более высокие скорости передачи данных и мобильность. (вплоть до 350 км/ч) по сравнению с NB-IoT. LTE-M работает в лицензированном спектре, сосуществование с 2G, 3грамм, 4грамм, и сотовые сети 5G.

LTE-M изначально назывался Low-Cost MTC в версии 3GPP. 12 и позже переименован в eMTC в выпуске 13. Усовершенствования в версиях 3GPP расширили возможности LTE-M.. Релизы 14 и 15 включена поддержка расширенных уровней покрытия с мобильностью. Выпускать 14 добавлен VoLTE (Голос через LTE) способность. Выпускать 15 основаны на них с новыми вариантами использования для более мобильных устройств Интернета вещей.. Выпускать 16 продолжил развитие с улучшениями для совместимости с 5G New Radio (НР).

Несотовая LPWAN (Нелицензионный Спектр)

Несотовые сети LPWAN работают в нелицензируемых диапазонах частот ISM и не полагаются на инфраструктуру сетевого оператора.. Устройства передают данные напрямую или через шлюзы на серверы приложений/сети.. Кроме ЛоРа, другие несотовые сети LPWAN включают Sigfox., Невесомый, РПМА, Симфоническая ссылка, и Визе, ДАШ7, и т.д. использование диапазона частот субгигагерца со скоростью связи от ~ 100 до 250 кбит/с и расстоянием от 2 до 100 км.. Несотовые сети LPWAN обычно развертываются в отдаленных районах с ограниченным покрытием сотовой связи., горные районы, острова, и для реализации выделенных корпоративных сетей.

ЛоРа/ЛоРаВАН

Lora это PHY-спецификация стека протоколов., в частности, имеется в виду запатентованная модуляция Chirp Spread Spectrum, разработанная Semtech.. В LoRaWAN Стандарт определяет протокол уровня MAC и архитектуру системы, работающую над уровнем PHY LoRa., поддерживается LoRa Alliance, который быстро растет почти 500 компании-члены по всему миру.

LoRa в первую очередь предназначен для восходящей связи от нескольких конечных устройств к шлюзам., использование закодированных сообщений по разным каналам и скоростям передачи данных для уменьшения коллизий и увеличения пропускной способности шлюза.. Он хорошо подходит для приложений, требующих небольших объемов данных и нечастой связи как в городских, так и в сельских/отдаленных районах.. Один шлюз LoRaWAN может обрабатывать соединения от множества узлов и конечных устройств..

Сигфокс

Sigfox — одна из технологий LPWAN, не относящаяся к 3GPP, которая получила широкое распространение.. Это запатентованная технология LPWAN, названная в честь компании Sigfox, которая впервые ее представила.. Он использует сверхузкополосную радиосвязь для достижения сверхдальнего радиуса действия., беспроводное подключение IoT с низким энергопотреблением.

тем не мение, Узкая полоса пропускания Sigfox серьезно ограничивает возможности нисходящей линии связи для передачи данных на устройства.. А сверхузкая полоса может привести к потенциальным проблемам с помехами.. Несмотря на эти ограничения, Sigfox остается выдающимся игроком на рынке LPWAN и добился успеха в Европе..

Невесомый

Специальная группа по интересам «Невесомость» ( Невесомый СИГ) был создан в 2008, стремясь стандартизировать технологию LPWAN. В состав промоутерской группы входят Accenture., М2КОММ, РУКА, Его телефон, и Sony Европа.

Weightless состоит из трех вариантов, адаптированных для различных сценариев применения.: Невесомость-W, Невесомый-Н, и Невесомость-П. Weightless-W работает в белом пространстве телевидения. (ТВВС) диапазон и имеет более сложное развертывание. Weightless-N похож на Sigfox., это узкополосный протокол, работающий в нелицензируемом диапазоне субГГц., используется NWave. В общем и целом, Weightless-N и Weightless-P получили больше внимания и развертывания по сравнению с Weightless-W..

Симфоническая ссылка

Symphony Link — это протокол LPWAN, разработанный Link Labs., компания-член LoRa Alliance. В то время как Link Labs использует чипсеты физического уровня LoRa от Semtech, они внедрили свой собственный программный стек уровня MAC под названием Symphony Link., вместо использования открытой спецификации LoRaWAN.

По сравнению со стандартом LoRaWAN, Ключевыми отличиями Symphony Link являются некоторые расширенные сетевые возможности, такие как надежная доставка сообщений и динамическое расширение сети за счет добавления шлюзов..

Применение технологий LPWAN

LPWAN — победитель по дальности действия и энергопотреблению. Использование LPWAN позволяет удаленно собирать данные с датчиков и отслеживать их на больших расстояниях.. В этой секции, мы рассмотрим некоторые из его практических вариантов использования.

Интеллектуальный учет газа и воды

Автоматизированные системы снятия показаний счетчиков используют LPWAN для удаленного беспроводного сбора данных о потреблении коммунальных услуг, включая электроэнергию., газ, и вода. Прошли те времена, когда операторы проверяли и записывали данные вручную.. Пользователи также могут получить представление об объеме данных о потреблении, которые они используют ежедневно..

Умные Здания

Внутри зданий, Сети LPWAN используются в жилых домах., коммерческий, и промышленные объекты, чтобы сделать их умнее. Домашние настройки, устройства умного дома, такие как умные замки, Системы вентиляции и кондиционирования, освещение можно интегрировать и централизованно управлять через LPWAN.. В офисных и коммерческих зданиях, LPWAN позволяет централизовать мониторинг занятости помещений и систем безопасности, таких как дверные датчики..

Умное управление отходами

Умное управление отходами становится все более широко используемым в инициативах «умного города».. Датчики, установленные в мусорных баках, могут контролировать уровень наполнения., передача данных по LPWAN в центральную систему. При достижении заданных уровней заполнения, генерируются оповещения для своевременного сбора и утилизации. более того, можно получить информацию о местонахождении мусоровозов, оснастив ими трекеры LPWAN.

Умная парковка

В умных парковочных системах, Технология LPWAN позволяет в режиме реального времени отслеживать и управлять занятостью парковочных мест.. Датчики, установленные в парковочных местах, могут точно определять статус занятости.. Пользователи могут проверить доступную парковку через мобильное приложение и оплатить парковку удаленно..

Умное Сельское хозяйство

LPWAN расширяется до интеллектуальных систем сельского хозяйства. Фермеры могут устанавливать различные датчики (влажность почвы, температура, влажность, свет, и т.п.) в полях. Затем они могут удаленно собирать данные с этих датчиков, используя LoRaWAN или другие сети LPWAN, такие как NB-IoT..

Популярное сравнение лицензионного и нелицензионного LPWAN

Учитывая многочисленные доступные технологии LPWAN, разумный выбор имеет решающее значение. По данным IoT Analytics’ оценки исследования рынка, от 2024, над 97% систем LPWAN будут развернуты с использованием LTE-M, NB-IoT, Сигфокс, или технологии LoRa. Следовательно, мы сравним топ 4 LPWAN-технологии: NB-IoT, LTE-М, Сигфокс, и ЛоРа.

Сравнительная таблица NB-IoT, LTE-M, LoRaWAN и Sigfox

Правильный выбор LPWAN

NB-IoT — это технология 3GPP LPWAN, которая использует существующие сети LTE/GSM для обеспечения подключения устройств Интернета вещей с низкой пропускной способностью.. Это увеличивает энергопотребление устройства., емкость системы, Эффективность использования спектра и глубокое покрытие, костюм промышленных, автоматизация зданий, умный город, Сценарии использования Интернета вещей для мониторинга состояния здоровья и реагирования на стихийные бедствия.

LTE-M предназначен для тех же приложений, что и NB-IoT, но с более высокой пропускной способностью, что обеспечивает более высокую скорость передачи данных и более высокий уровень безопасности., хотя и при более высоких уровнях энергопотребления. Он подходит для приложений, требующих более высокой пропускной способности, таких как видеомониторинг, где ограничения по мощности менее строгие..

Sigfox и LoRaWAN — это технологии, не относящиеся к 3GPP, работающие в нелицензируемом спектре.. Их узкая полоса пропускания обеспечивает работу со сверхнизким энергопотреблением для редкой передачи небольшой полезной нагрузки от конечных точек, требующих многолетнего срока службы батареи., но с ограничениями низкой скорости передачи данных. Sigfox отдает приоритет малому энергопотреблению и простоте развертывания, но не имеет нисходящей линии связи для обновлений прошивки.. LoRaWAN поддерживает двунаправленное управление устройствами по низкой цене.. Оба могут служить «умному» сельскому хозяйству., отслеживание активов и соответствующие сценарии мониторинга Интернета вещей с низкой пропускной способностью.

LPWAN — это будущее

Как быстро развивающаяся новая технология, ландшафт LPWAN находится в стадии разработки и еще не созрел. С многочисленными участниками рынка, победители четко не установлены, особенно с учетом неопределенных темпов расширения рынка. Долгосрочная производительность каждого варианта LPWAN также остается неопределенной., поскольку многие из них все еще находятся на начальных этапах развертывания из-за отсутствия комплексной, крупномасштабное тестирование в реальных условиях.

по факту, исследование ABI Research указывает на прогнозируемый всплеск внедрения устройств Интернета вещей, с оценкой 5.3 миллиард По прогнозам, устройства IoT будут использовать технологии LPWAN. 2030. Предполагается, что LPWAN является самой быстрорастущей областью подключения на рынке.. Движущей силой этого роста является спрос на такие варианты использования, как удаленный мониторинг., которые требуют нечастой передачи данных и работы от аккумулятора, характеристики, для решения которых особенно хорошо подходят технологии LPWAN.

Получите лучшие устройства Интернета вещей LPWAN с MOKO

Как ведущий производитель устройств Интернета вещей, мы предлагаем универсальные и надежные устройства конечного узла LPWAN. Наш трекер LoRaWAN и сотовой связи обеспечивает исключительную производительность отслеживания.. Поговорите с нашими экспертами по Интернету вещей, чтобы получить предложения по решениям..

ПРОДОЛЖАЙТЕ ЧИТАТЬ О LPWAN

• LoRaWAN против NB IoT: Как они сравниваются и различаются