LPWAN BENEFICIILE SI LIMITARILE LPWAN

Permiteți-ne să vă prezentăm avantajele și dezavantajele LPWAN (Low Power Wide Area Networks), o tehnologie care a apărut pe scena Internet of Things (IoT).

Beneficiile și limitările LPWAN

Există multe organizații care concurează pentru a profita la maximum de Internetul lucrurilor folosind tehnologia LPWAN. În acest moment, se vorbesc atât de multe despre tehnologie, încât ne-am gândit că cel mai bine ar fi să scriu un ghid care să stabilească exact ce este LPWAN, ce poate face și cum câteva companii depășesc în mod activ aceste limite.

În primul rând, ce este oricum „LPWAN”?

LPWAN înseamnă „Low Power, Wide Area Network”. (LPWA și LPN înseamnă exact același lucru) Este un tip de rețea cu zonă largă care permite dispozitivelor echipate radio să comunice. WAN-urile sunt pur și simplu rețele de telecomunicații. Sistemul de turnuri de telefonie mobilă și 5G pe care te bazezi în fiecare zi este un WAN. La fel este și internetul, dacă vrei să devii tehnic. Ați putea forma un Internet al lucrurilor WAN folosind tehnologia 5G sau chiar bandă largă de telefonie fixă. Cu toate acestea, cu excepția cazului în care dispozitivul dvs. are o priză de rețea, veți rămâne fără energie a bateriei foarte foarte repede în acest fel. În schimb, viitorul aplicațiilor IoT pe scară largă, cu întreținere redusă și dispersate pe scară largă se va găsi în WANS-uri wireless LOW POWER – LPWAN.

LPWAN-urile folosesc comunicații fără fir pentru a lega dispozitivele între ele pe distanțe foarte lungi folosind semnale de putere foarte scăzută. Principalul lor dezavantaj este că au o rată de biți dureros de lentă în comparație cu rețelele Wi-Fi sau de date mobile. Puține LPWAN-uri pot gestiona chiar și 1 Mbit pe secundă pe canal, iar cele mai lente operează la aproximativ 100 de biți pe secundă. Acest dezavantaj este acceptabil, deoarece sunt într-adevăr aplicații cu putere redusă. Multe LPWANS conectează senzori care funcționează cu baterie, care se află la kilometri distanță și trebuie să funcționeze ani de zile între schimbările bateriei pentru a fi practice.

LPWAN-urile pot fi dezvoltate și implementate la nivel privat, dar asta necesită configurarea propriei gateway-uri, despre care vom vorbi mai târziu. Una dintre tehnologii, MXProtocol, încurajează terții să înființeze gateway-uri și să permită proprietarilor sau operatorilor de senzori să-și folosească rețelele pe bază comercială. 

Există două categorii mari de protocoale LPWAN: celulare și non-celulare. Sistemele celulare LPWAN folosesc frecvențe celulare licențiate – același interval de semnal pe care îl folosesc telefoanele noastre – și sistemele non-celulare nu. În schimb, folosesc benzile radio ISM rezervate pentru uz „industrial, științific și medical”, care nu sunt deloc licențiate.

Protocoalele LPWAN celulare populare includ:

EC GSM IoT

LTE-M (numit și LTE Cat-M1 și Cat-M1)

NB-IoT (numit și Cat-M2) 

Dintre acestea, poate cel mai popular este LTE-M, care utilizează infrastructura smartphone-ului, făcându-l într-adevăr o rețea foarte largă. „M” reprezintă MTC (Machine Type Communication) în locul infrastructurii standard LTE pentru telefoane mobile. Rețelele LTE-M funcționează la vârf în termeni de bitrate de până la 1 Mbps.

Furnizorii de telecomunicații pot realiza gateway-uri LTE-M LPWAN din turnurile lor celulare adăugând puțin software – nu este nevoie de hardware nou. Verizon, AT&T și Bell au început deja să lanseze gateway-uri.

NB-IoT înseamnă Narrowband Internet of Things și face exact ceea ce sună. Are poate un sfert din rata de biți maximă a sistemelor LTE-M la aproximativ 250 kbps și nu folosește LTE în același mod în care dispozitivele mobile. Se bazează în schimb pe modulația DSSS. Poate fi folosit pe benzi LTE sau pe benzi GSM la aproximativ 180 kHz.

NB-IoT, în mod interesant, nu necesită un gateway. Dispozitivele pot trimite date direct către server, dacă cealaltă infrastructură fizică și de date este pe loc. De asemenea, este considerat un protocol foarte fiabil, deci este preferat pentru aplicațiile de monitorizare cu prioritate ridicată. De asemenea, necesită mult mai puțină putere pentru a funcționa decât LTE-M.

Acest standard este mai popular în Europa decât în ​​SUA și este împiedicat probabil de lipsa investițiilor. Nu sunt foarte multe chipseturi Narrowband fabricate, iar acest lucru menține costul pe unitate destul de ridicat. Zvonurile spun că mai sunt la orizont, deși acest lucru se poate schimba.

Nu în ultimul rând, să ne uităm la EC-GSM-IoT. Această reprezintă Sistemul global cu acoperire extinsă pentru IoT mobil. Funcționează pe banda GPRS (General Packet Radio Service). Orice rețea GSM poate rula protocolul atâta timp cât rulează software-ul.

În comparație cu celelalte 2 standarde „mari”, EC-GSM-IoT nu este foarte popular printre utilizatori sau dezvoltatori. 

Protocoalele LPWAN non-celulare includ:

LoRa (inclusiv atât LoRaWAN, cât și Symphony Link) MXProtocol Ingenu (numit și RPMA) Sigfox Weightless (inclusiv Nwave și Weightless-p) 

Dintre acestea, LoRaWAN este cel mai cunoscut. Este lansat de LoRa Alliance, o colecție de peste 500 de companii, inclusiv influenți reali precum IBM, Cisco și Alibaba. Rețineți că specificația LoRaWAN este disponibilă public pentru dezvoltatori, dar tehnologia de bază LoRa este proprietară, iar redevențele sunt plătite pentru fiecare cip vândut.

Pentru a utiliza LoRaWAN, veți avea nevoie de întregul kit - servere, comutatoare, puncte de acces și gateway-uri. Vestea bună este că multe dintre aceste 500 de companii vând articole individuale, cum ar fi gateway-uri și servere. La un nivel, acest lucru poate fi o bătaie de cap, dar vă asigură că aveți control complet asupra rețelei dvs. și că o puteți configura în orice mod doriți.

Sistemele LoRa pot suporta până la 222 de octeți, care nu sunt mari, dar oferă o oarecare flexibilitate. Poate chiar să transfere actualizările prin aer dacă aveți suficientă răbdare. Funcționează la 915 MHz în SUA și 869 în Europa.

LoRAWAN cu MXProtocol, MXProtocol folosește un coordonator anti-coliziune avansat pentru a permite rețele IoT cu adevărat masive cu mii sau chiar zeci de mii de dispozitive care utilizează comunicarea bidirecțională pe multe mile pătrate de teritoriu geografic. Face acest lucru făcând posibil ca gateway-urile cu zone suprapuse să coordoneze transmisiile.

MXProtocol are 4 caracteristici majore pe care le adaugă rețelelor LoRaWAN:

Minimizează coliziunile de pachete în mai multe rețele:

---Poate realoca resurse din mers între diferite rețele

---Permite magnetizarea utilizării resurselor din afara rețelei – permițând în esență „roamingul în rețea” pentru senzorii LoRaWAN

---Creează un sistem utilizând criptomonede (Machine eXchange Coin). Au o carte albă online care acoperă toate detaliile.

Symphony Link folosește stratul LoRa PHY, dar face totul singur. Nu a decolat niciodată cu adevărat, nu pentru că ar fi fost ceva în neregulă cu el, ci pentru că magistralul Alianței LoRa era prea mult pentru a concura. În aceste zile, Link Labs se concentrează pe dezvoltarea de aplicații IoT.

Sigfox este cel mai vechi standard de pe banda ISM și, de asemenea, rulează la 915 și 869 MHz. În esență, a creat categoria. Este larg răspândit, având deja rețele în aproape 5 țări și intenționează să se extindă la 60 înainte de sfârșitul anului 2018.

Sigfox este unic pentru că deține și operează infrastructura și taxează utilizatorii/proprietarii să trimită date. Este ieftin, în general. Dacă dispozitivele dvs. trimit doar câteva mesaje pe zi, veți ajunge să plătiți doar câțiva dolari pe an pentru serviciu. Sigfox nu percepe redevențe vânzătorilor de cipuri și oferă o mare parte din IP-ul lor gratuit. La urma urmei, ei vor să proiectați dispozitive care folosesc sistemul lor.

În dezavantaj, fiecare mesaj Sigfox este limitat la 12 octeți. De asemenea, trebuie să așteptați ca ei să configureze o rețea pentru dvs. Cu toate acestea, dacă vă puteți reduce semnalele la o duzină de 1 și 0 și puteți lucra conform programului lor, este o opțiune fără infrastructură, cu o securitate bună și nevoi de energie redusă.

Ingenu (RPMA) rulează pe aceeași bandă care poartă Bluetooth și Wi-Fi – 2,4 GHz. Această bandă este disponibilă în toată lumea, ceea ce reprezintă un avantaj semnificativ. Este, de asemenea, o bandă mai largă în general.

Sistemul de acces multiplu în fază aleatorie (RPMA) de la Ingenu este atât un strat PHY, cât și un nivel MAC. Permite rețelelor Ingenu să facă lucruri foarte interesante, cum ar fi să livreze o jumătate de milion de mesaje pe oră pe 176 de mile pătrate cu un singur gateway. Transmițătoarele lor pot dura 10 până la 20 de ani (estimat, desigur) cu o singură baterie, iar unele dintre primele instalate încă ciripesc fericite și astăzi.

Sistemul oferă caracteristici pe care Ingenu și-ar dori să le vadă standardele LPWA – capacitate de difuzare, autentificare, o rețea receptivă, dimensiune flexibilă a pachetului, confirmare de livrare și chiar comunicare completă bidirecțională cu dispozitivele IoT.

Rețeaua de mașini a Ingenu acoperă în prezent peste 100.000 de mile pătrate de teritoriu în 30 de țări (precum și 30 de orașe din SUA). Ei fac mișcări pentru a oferi RPMA și pe o bază de platformă ca serviciu (PaaS).

Apoi avem standardul LPWAN fără greutate. Weightless operează pe orice bandă ISM sub-GHz, de la 163 MHz la 923 MHz. Toate acestea sunt fără licență, desigur.

Weightless-N, Weightless-W și Weightless-P au fost toate oferite de Weightless Special Interest Group, dar N și W au fost aproape abandonate, iar P a fost redenumit pur și simplu „Weightless”.

Weightless SIG este o organizație non-profit, destul de interesant. Au făcut standardul Weightless și deschis, ideal pentru a crește gradul de acceptare și inovație. Cu toate acestea, nu este foarte popular și nu există o mulțime de hardware disponibil. Singura excepție este compania de parcare inteligentă Nwave, care utilizează o versiune proprietară a vechiului standard Weightless N care este foarte răspândit.

Mitch Horst