LPWAN (Weitverkehrsnetz mit geringem Stromverbrauch) Technologien verwenden drahtlose Telekommunikation, um Daten über ein Weitverkehrsnetz zu übertragen. Diese Technologie wurde speziell entwickelt, um die Übertragung von Kommunikationen über große Entfernungen mit niedrigen Bitraten zu ermöglichen. Diese beiden Merkmale unterscheiden die LPWAN-Technologien von anderen drahtlosen WANs, die mehr Strom verbrauchen und mehr Daten übertragen, wenn sie sich mit den Benutzern verbinden. Die Datenrate von LPWAN reicht von 0.4 Kbit/s zu 40 Kbit/s pro Frequenz.
Abgesehen davon, dass LPWANs verwendet werden, um ein privates drahtloses Sensornetzwerk zu erstellen, Sie können auch als Drittanbieter-Infrastruktur verwendet werden, die es den Sensorbenutzern ermöglicht, sie im Feld einzurichten, ohne unbedingt die LPWAN-Gateway-Technologie einsetzen zu müssen.
Bei MOKOLoRa, wir sind technologie-agnostisch. Wir betrachten Ihr LPWAN vs. LoRaWAN IoT-Projekt ganzheitlich und empfehlen die am besten geeignete Technologie für Ihre genaue Anwendung.
LPWAN-Technologien und -Plattformen
Einige der konkurrierenden Standards und Anbieter für die LPWAN-Technologien sind:
• DASH7 – ist ein bidirektionaler Firmware-Standard mit geringer Latenz, der über mehrere LPWAN-Funktechnologien wie LoRa . funktioniert.
• Chirp spread spectrum (CSS)
• Sigfox – It is based on the UNB-Technologie
• LoRa – It is a patented LPWAN technology that applies the chirp spread spectrum radio modulation.
• MIoTy – It is an LPWAN standard that implements telegram splitting technology.
• Weightless – It is an open standard that applies the LPWAN narrowband technology.
Ultraschmales Band
Das ultraschmale Band (UNB) ist eine Modulationstechnologie, die von verschiedenen Unternehmen für LPWAN-Technologien verwendet wird, wie z;
• Sigfox – It is based on UNB technology.
• Weightless – It is a Weightless SIG set of communication standards.
• NB-Fi Protocol – WAVIoT Company developed it.
Andere
• DASH7 – It is a mode to development framework that uses wireless networks with low power. Diese Plattform läuft über mehrere drahtlose Funkstandards wie LoRa, LTE, 802.15.4g, und viele mehr.
• LTE Advanced – It is an advancement of LTE infrastructures designed by the 3GPP for connected things
• MySensors – It is a do-it-yourself home automation framework that supports various radios such as LoRa.
• NarrowBand IoT (NB-IoT) – It is a 3GPP LPWAN standardization effort applied in cellular networks
• Random phase multiple access (RPMA) – is an LPWAN standard used in GE’s AMI metering. Es basiert auf Variationen der CDMA-Technologie für Mobiltelefone, obwohl es das unlizenzierte 2,4-GHz-Spektrum verwendet.
• Byron – It is from the Taggle Systems in Australia.
• Wi-SUN – This platform is based on IEEE 802.15.4g.
LPWAN-Kernfunktionen
1. Long-range – In rural areas, die LPWAN-Technologien arbeiten aktiv in einem Umkreis von mehr als zehn Kilometern und weniger als einem Kilometer in städtischen Umgebungen. Es ermöglicht die betriebliche Kommunikation von Daten in bisher undurchführbaren Innen- und unterirdischen Umgebungen.
2. Low power – LPWAN is optimized to consume low power. Seine Transceiver verwenden kleine, Günstige Batterien, die bis zu halten können 20 Jahre.
3. Kostengünstig: Da LPWAN eine geringe Reichweite hat, in Kombination mit einer Sterntopologie minimiert es die Infrastrukturanforderungen. Es reduziert die Kosten des Netzwerks, da es auch lizenzfrei ist, oder lizenzierte Bänder reduzieren die Netzkosten.
4. Few access points – LPWAN needs fewer access points like base stations and gateways to cover vast regions like big cities or countries.
5. Enhanced propagation and penetration – The LPWAN technologies typically operate in an unlicensed spectrum under the Sub-GHz ISM-Band. Dieses Band hat verbesserte Ausbreitungseigenschaften und eine bessere Abdeckung in engen Bereichen, ermöglicht das Eindringen durch Gebäude und Wände.
Was ist beim Kauf von LPWANs zu beachten
Jede LPWAN IoT-Anwendung hat bestimmte Notwendigkeiten. Berücksichtigen Sie immer die folgenden Faktoren, um zu bestätigen, dass Sie die richtigen LPWAN-Technologien für Ihr IoT-Projekt auswählen.
ein) Service quality – The key guarantee to an exceptional QoS and industrial-grade reliability is the high data reception rate. Dies wird durch die Störfestigkeit für LPWAN-Technologien erreicht, die auf einem lizenzfreien Spektrum arbeiten.
B) Scalability – It is essential to have an extensive network capacity to expand future networks and an incredible number of end devices. Ein wichtiger Hinweis ist die Anzahl der Geräte und täglichen Nachrichten, die eine bestimmte Basisstation steuern kann.
C) Battery life – Consumption of low-power considerably minimizes the total ownership cost, und es hilft auch, nachhaltige Geschäftsziele in Remote-Sensornetzwerken zu erreichen.
D) Mobility – It is essential to have end nodes that transmit data at high speeds, Ermöglicht wichtige IoT-Anwendungen wie Flottentelematik und die Sicherheit der Mitarbeiter.
e) Security – Ensure that your LPWAN technologies has multi-layer encryption with robust authentication and identification systems that safely integrate and transmit data.
F) Public vs private network – Private LPWA systems are more flexible network coverage and design, während öffentliche LPWA-Systeme regelmäßig Datenschutzbedenken aufwerfen.
g) Propriety vs standard – Standard solutions are better as they ensure long-term interoperability and reliability with other IIoT network components while at the same time evading the problems of vendor lock-in.
Bedeutung der Standardisierung
Eine der Hauptsäulen eines robusten LPWAN- und IoT-Netzwerks ist die Standardisierung. Es bietet einen anspruchsvollen, aber klaren technischen Rahmen, der von Standards Development Organizations wie 3GPP zertifiziert wurde, SUCHE, IETF, IEEE, und viele mehr. Eine standardisierte Technologie bietet verschiedene Vorteile wie verbesserte Qualität und Zuverlässigkeit, langjährige Interoperabilität, Erfindungselastizität, und universelle Skalierbarkeit.
Der LPWAN-Bereich verfügt über zwei Technologien, die bei den Standardisierungsbemühungen erfolgreich sind.
• Telegram Splitting technology – This technology is for the Low Throughput Networks and is centred on the ETSI standard.
• Cellular LPWAN – This technology is based on the 3ES TUT NICHTS ZUR SACHE Normen.
Rund um die proprietären LPWAN-Lösungen wurden weitere Industrieallianzen gegründet, die das Standardwachstum unterstützen. Nichtsdestotrotz, Diese Kämpfe sanktionieren nicht die Nachhaltigkeit der Technologie und können nicht den gesamten Netzwerkstapel abdecken wie in der Nachfolgend finden Sie eine Tabelle, die LoRaWAN mit anderen IoT-Technologieprotokollen vergleicht.
Vergleich zwischen lizenzierten und nicht lizenzierten LPWANs
Lizenzierte LPWANs verwenden ein Funkspektrum, das lizenziert ist und in uneingeschränkten Netzwerken funktioniert. Es unterstützt sowohl den 3GPP- als auch den GSM-Standard. Diese Standards verbessern das Roaming von LPWAN-Geräten von einem Netzwerk zum anderen, da sie die Netzwerkmobilität erleichtern. darüber hinaus, Die Verwendung eines lizenzierten LPWAN verleiht dem angeschlossenen Gerät ein höheres Maß an außergewöhnlicher Verbindung. Dies verbessert seine Zuverlässigkeit und Sicherheit. Einige Arten von lizenziertem LPWAN sind Schmalband-IoT (NB-IoT) und LTE-M.
Auf der anderen Seite, die nicht lizenzierten LPWANs verwenden ein nicht lizenziertes Funkspektrum. Es ist von jedem ohne Exklusivität nutzbar. Unlicensed LPWAN isn’t built to handle continuous movements at high speeds. Stattdessen, Es eignet sich für Anwendungen wie in Bereichen, in denen ein nicht lizenziertes LPWA-Netzwerk für den einzelnen Antrieb von Verbindungsgeräten in dieser Region erforderlich ist, und an Orten, an denen kein öffentliches LPWA-System verfügbar ist. Ein Beispiel für nicht lizenziertes LPWAN ist LoRaWAN.
LPWAN vs. LoRaWAN: Welches ist die führende Technologie auf dem aktuellen Markt?
Zur Zeit, der Markt von LPWAN befindet sich noch in der Anfangsphase. Sie zeichnet sich durch ein hohes Maß an Netzwerkspur und Desintegration der noch weit von der Welttechnologie entfernten Technologie aus. Nichtsdestotrotz, Marktanalysten gehen davon aus, dass dies umgehend um einige bedeutende Technologien fusioniert. In 2017, das LoRa-Technologie war der weltweite Marktführer bei der Bereitstellung von öffentlichen und privaten Netzwerken.
jedoch, LoRa wird voraussichtlich bis Ende des Jahres die am schnellsten wachsende Technologie sein 2022. Marktanalysten erwarten, dass LoRa NB-IoT bei der Anzahl der verbundenen Geräte überholen wird; somit, es wird wahrscheinlich die führende LPWAN-Technologie werden. Auf der anderen Seite, LoRa wird weiterhin der führende Anbieter eines privaten Netzwerks sein. Beide LoRa und NB-IoT herum darstellen 70 % von öffentlichen und privaten Netzen im aktuellen Markt. Außerdem, LoRa wird voraussichtlich seinen Marktanteil auf ca 85% bis Ende 2027.
Einschränkungen von LPWANs
Obwohl die LPWAN-Technologien erhebliche Vorteile mit ihrer Anwendung haben, es hat auch einige Einschränkungen. Diese Einschränkungen umfassen;
ein) LPWAN transmits much less data than other technologies – The data rates of LPWAN technologies mostly range from 100bps to 10s of Kbps. Diese niedrigen Raten machen die Technologie für mäßig leistungsstarke Anwendungen ungeeignet. Geräte, die kontinuierlich große Datenmengen zwischen den Sensoren mit geringer Latenz übertragen, benötigen Netzwerke mit höherer Kapazität, um voll zu funktionieren.
B) Interference and errors – As most LPWAN protocols are conveyed over unlicensed LPWAN frequency bands, sie riskieren Fehler und Störungen beim Datenaustausch. Zum Beispiel, In einer Einzelhandelsumgebung treten manchmal Störungen auf, wenn RFID-Lesegeräte gleichzeitig in ihren Einstellungen vorhanden sind.
C) Underdeveloped coverage – LPWAN coverage is comparatively underdeveloped compared to the other technologies. Die meisten Mobilfunkbetreiber haben umfangreiche Netzwerke entwickelt, die das Internet der Dinge problemlos unterstützen. Um LPWAN IoT-Anwendungen vollständig zu unterstützen, Mobilfunkanbieter haben ein komplexes Hindernis im Vorfeld, das sie überwinden müssen. darüber hinaus, Mobilfunkbetreiber haben strenge Infrastrukturleitlinien, die sind relativ teuer, while LPWAN operators aren’t subject to synchronized tower properties.
Geschichte der LPWAN-Technologien
Die Markteinführung des LPWAN lässt sich bis in die späten 1980er Jahre zurückverfolgen. Dies war nach dem Bau eines Low-Data-Netzwerks durch ADEMCO, zur Überwachung von Alarmzentralen. Die Firma Motorola führte auch ARDIS® ein (ein Weitverkehrsnetz mit niedriger Geschwindigkeit) im gleichen Zeitraum in Transaktionsverfolgungs- und Vertriebsautomatisierungsprozessen verwendet. Obwohl sich diese Innovationen von den derzeitigen LPWANs unterscheiden, sie dienen immer noch als Vorläufer neuer Technologien.
Mit der Einführung von 2G in den 1990er Jahren, die meisten Mobilfunkanbieter können Daten zusammen mit Sprache über große Entfernungen übertragen. darüber hinaus, die Nachfrage nach dem Internet stieg im Laufe der Zeit rapide an, Unternehmen dazu drängen, Konnektivitätsfunktionen in ihren Geräten zu nutzen. Dieser Trend führte zur Entstehung von Low-Cost, stromsparende drahtlose Kommunikationslösungen wie LPWANs.
Vor kurzem, LPWANs haben sich als eine Lösung erwiesen. Sigfox war die erste LPWAN-Technologie, die von einem französischen Unternehmen in den Markt eingeführt wurde 2009. Die Technologie konnte Echtzeitanwendungen effizienter einbinden als bisherige Funktechnologien. Heute, das LPWAN von LoRa ist patentiert und weit verbreitet in mehr als 57 Länder weltweit.
Später nach 3 Jahre, Semtech hat das LPWAN LoRa-Protokoll eingeführt, das je nach Standort in mehreren nicht lizenzierten Bändern arbeitet. Anstatt dass Entwickler die bereits vorhandene Infrastruktur nutzen, sie können LoRa verwenden, um ihre Weitverkehrsnetze einzurichten. Dies hat zur Entstehung einiger öffentlicher LoRaWAN-Anbieter wie The Things Network geführt, Rechnung, und MaschineQ.
Zur Zeit, verschiedene Unternehmen installieren LPWANs für mehrere Anwendungen, wo die meisten von ihnen aktiv an der LoRa Alliance teilnehmen. Die LoRa Alliance wurde im März gegründet 2015 um den Siegeszug der LPWAN-Protokolle zu fördern. Es ist ein gemeinnütziger Verein mit über 500 Organisationsmitglieder.
Gibt es auf Mesh-Netzwerken basierende LPWAN-Technologien??
Knapp, Mesh-Netzwerke können nicht als LPWAN-Netzwerke kategorisiert werden. Mesh-Netzwerke sind mit miteinander verbundenen Webknoten ausgestattet, von denen jeder unabhängig Funksignale ausdehnt. Mesh-Netzwerke bestehen aus drei Komponenten, die zusammenarbeiten, um Daten von einem drahtlosen Sensor zum anderen zu übertragen. Diese Mesh-Netzwerkkomponenten sind; Gateways, Endpunkte, und Repeater. Nichtsdestotrotz, die Mesh-Technologie ist energieinkompetent und eignet sich besser für den Einsatz in Geräten, die Daten über mittlere Distanzen senden.
Die Beziehung von LPWANS und IoTs
LPWANs werden immer wichtiger, da der Bereich des Internets der Dinge wahrscheinlich boomen wird. Mehrere LPWAN-Geräte in verschiedenen Branchen und Bereichen arbeiten zusammen, um ihre Funktionalität zu computerisieren, Betriebskosten minimieren, und zu höheren Produktivitätshöhen aufsteigen.
Es besteht Bedarf an drahtlosen Netzwerken, die Daten schnell über große Entfernungen übertragen können und dabei weniger Strom verbrauchen. darüber hinaus, Unternehmen, die IoT-Geräte einrichten, benötigen kostengünstige Lösungen, die mehrere Sensoren gleichzeitig effektiv mit dem Internet verbinden. Oder aber, most exciting IoT applications won’t be realistic.
Auswirkungen von 5G auf LPWANs
Die nächste Revolution in der Mobilfunkkommunikation ist 5G. Die Technologien versprechen außergewöhnliche Datenraten bei minimierten Kosten und Latenzen. Daher, aufgrund der 5G-Leistungsfähigkeit, Die Technologie wird unglaubliche technologische Innovationen eröffnen.
darüber hinaus, die 5G-Technologie wird die Konnektivität des IoT enorm verbessern und die Anzahl der drahtlosen Sensoren erhöhen, die gleichzeitig mit dem Internet und miteinander verbunden werden können. Die Bedeutung von LPWAN-Technologien dürfte mit der Verbreitung der 5G-Abdeckung zunehmen.
LPWAN-Anwendungen
Nachfolgend finden Sie die verschiedenen Anwendungsfälle der LPWAN-Technologien.
Elektrische Messung
LPWANS kann in der Strommessung eingesetzt werden. Unternehmen auf dem Stromzählermarkt benötigen in der Regel regelmäßige Kommunikation, hohe Datenraten, und niedrigere Latenzen. Im Wesentlichen, Diese LPWAN-Stromzähler benötigen keine langlebigen Batterien oder einen geringeren Energieverbrauch, da sie über eine unterbrechungsfreie Stromquelle verfügen. Damit die Stromzählerunternehmen sofortige Entscheidungen wie Unterbrechungen treffen können, Ladungen, und Ausfälle, sie benötigen ein Echtzeitraster zu Überwachungszwecken.
Intelligente Landwirtschaft
LPWANs werden auch in der Landwirtschaft eingesetzt. Hier, die LPWAN-Technologien müssen über Sensorgeräte mit langer Batterielebensdauer verfügen. Diese Sensorgeräte verbessern die Erträge deutlich und minimieren den Wasserverbrauch. Die Geräte aktualisieren auch regelmäßig die erfassten Daten, wenn sich die Umgebungsbedingungen ändern.
Fertigungsautomatisierung
In der Fertigungsautomatisierung, LPWANs überwachen Maschinen in Echtzeit, Dadurch wird die Effizienz durch die Möglichkeit der Fernsteuerung verbessert und die industrielle Produktionslinie erheblich verbessert.. In der Fabrikautomation gibt es mehrere Arten von Kommunikations- und Sensoranforderungen. LoRa ist eine perfekte Lösung für Anwendungen, die langlebige Batterien und kostengünstige Sensoren für die Überwachung und Bestandsverfolgung benötigen.
Intelligentes Gebäude
LPWAN-IoT-Sensoren in intelligenten Gebäuden für die Sicherheit, Temperatur, Feuchtigkeit, elektrische stecker, und Wasserfluss werden eingesetzt, um Hausverwaltungen zu alarmieren. Diese Sensoren helfen auch, Schäden zu vermeiden und schnell auf Anforderungen zu reagieren, ohne zwingend eine manuelle Gebäudeüberwachung zu haben. Diese Sensoren erfordern günstige Geräte von LPWAN Technologies mit langlebigen Batterien.
Verkaufsstellen im Einzelhandel
LPWANs werden in Verkaufsstellensystemen verwendet, die gesicherte Qualitätsdienste benötigen. Diese Systeme verarbeiten die regelmäßige Kommunikation; daher werden sie mit einer kontinuierlichen Stromquelle gebaut. Sie erfordern dringend eine lebendige niedrige Latenz, die die Anzahl der getätigten Transaktionen nicht einschränkt.
Logistik Palettenverfolgung
Gegenwärtig, LPWANs werden bei der Verfolgung von Logistikpaletten eingesetzt, um den Standort und den Zustand der Produkte zu bestimmen. Jedes Logistikunternehmen muss über sein LPWAN Technologies-System verfügen, um eine garantierte Abdeckung in seinen Einrichtungen zu gewährleisten. Die Anwendung der Logistikpalettenverfolgung ist ein perfektes Beispiel für eine Hybrid-Bereitstellungslösung. Es erfordert billige Geräte mit langlebigen Batterien und kann problemlos an allen Fahrzeugen eingesetzt werden.
Sicherheit von LPWAN-Technologien
Alle LPWAN IoT-Infrastrukturen unterliegen mehreren sicherheitsbezogenen Herausforderungen. IoT erweitert die Angriffsplattform aufgrund seiner relativ großen Übertragungszeit und großen Konnektivitätsreichweiten. Jede Technologie sichert ihre Kommunikation mit ihren Sicherheitsmaßnahmen, da sie alle durch potenzielle Schwachstellen gefährdet sind.
Der LoRA handhabt seine Sicherheit mit dem Verschlüsselungsverfahren AES-128. Diese Technik bietet mehrere Verschlüsselungsschichten in LoRaWAN. LoRa verwendet Anwendungsschlüssel und Netzwerk, um seine Pakete sicher im Netzwerk zu sichern. Die Netzwerk- und Anwendungssitzungsschlüssel werden mit dem 128 Bit-AES-Anwendungsschlüssel (App-Schlüssel).
The Network session key shared by the network server and end devices is responsible for generating and verifying the message integrity code that warrants the message’s integrity. darüber hinaus, Der Netzwerksitzungsschlüssel kann verwendet werden, um für jedes Gerät eindeutige Signaturen zu entwickeln. Der Anwendungssitzungsschlüssel führt die Datenverschlüsselung und -entschlüsselung durch. Eine XOR-Operation verschlüsselt jede Nachricht. In Ergänzung, es generiert die verschlüsselte Nutzlast unter Verwendung eines Schlüsselstroms, der von den Netzwerk- und Anwendungssitzungsschlüsseln erstellt wird, zusammen mit dem Uplink- und Downlink-Nachrichtenzähler.
Lora gibt vor und nach der Verschlüsselung die gleiche Nachrichtenlänge an, und es bietet dem böswilligen Wesen die Möglichkeit, den Mainstream aus den verschlüsselten Nachrichten zu rekonstruieren. Auch mit dem für LoRa-Geräte festgelegten Sicherheitsmechanismus, diese Geräte sind immer noch anfällig für Störungen, Wurmloch, und Angriffe wiederholen.
Die Zukunft der LPWAN-Technologien
Obwohl LPWANs entscheidende Vorteile und Möglichkeiten bieten, Sie sind immer noch mit mehreren schwerwiegenden Herausforderungen und Risikofaktoren verbunden. LTE-M und NB-IoT, beides sind Mobilfunkstandards, die von mehreren etablierten Branchen wie Nokia und Qualcomm eingeführt wurden, sind eines der Hauptrisiken für LPWANs. Diese Netzwerke können von großen Betreibern wie Verizon und AT . einfach aktualisiert und in der Netzwerk-Mobilfunksoftware bereitgestellt werden&T mit nur einem Knopfdruck. Dadurch können Mobilfunkunternehmen ihre Schmalbandanwendungen effizient bedienen, indem sie die Sprach-GSM-Frequenzen umrahmen, ohne unbedingt zusätzliche Hardware zu benötigen.
What’s better is that these cellular companies can still articulate this using the same achievable price point when they wish to do so. Mobilfunkunternehmen vermarkten LTE-M am ehesten an große Unternehmen, die große Mengen an mobilen Daten- und Sprachdiensten nutzen. Da Mobilfunkanbieter riesige Dollarsummen in Handyverträgen sammeln, sie müssen immer noch billige Low-End-Datendienste bereitstellen. Dies kann ihnen die Möglichkeit geben, einige zu stehlen, falls sie dies als ihre Strategie umsetzen. Vorzugsweise, Mobilfunkanbieter sollten versuchen, mehr Wert als nur den Datentransport anzubieten. Wenn die LoRa Alliance-Mitglieder gezielte Anwendungen entwickeln, LTE-M-Möglichkeiten können sie niemals bewegen.
So bestimmen Sie die richtigen LPWAN-Technologien
Bei der Auswahl der richtigen LPWAN-Technologien für Ihr IoT-Projekt müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Diese drei Hauptanliegen, die Sie berücksichtigen müssen, sind;
Stromverbrauch
Es ist wichtig, die Anzahl der Tage zu berücksichtigen, die Ihre Sensoren im Batteriebetrieb im Feld bleiben. Ebenfalls, Überlegen Sie, ob die Geräte im Freien verwendet werden, auch an Wintertagen, und wie oft Ihre Sensoren Daten übertragen müssen.
Konnektivität
Beachten Sie die Reichweite der Kommunikation, die Datenmenge, die zum Senden jeder Nachricht erforderlich ist, und der geografische Standort der Geräte. Außerdem, Überlegen Sie, ob Sie den Service und die Infrastruktur Ihres Netzwerks lieber auslagern oder Ihr Netzwerk und die darüber laufenden Daten selbst kontrollieren.
Mobil oder stationär
Überlegen Sie, ob Ihre Geräte statisch sind, wenn die LPWAN-Gateway-Entfernung konstant ist, oder ob Ihre Geräte beweglich sind und ihre Infrastruktur alle möglichen Standorte abdeckt.
Alle LPWAN-Netzwerke haben unterschiedliche Stärken und Schwächen bei den Kosten, Energie, und Macht. MOKOLoRa hat LoRaWAN-Lösungen zur Standortüberwachung,Temperatur- und Feuchtigkeitsüberwachung, die sich perfekt für den Einsatz in größeren Bereichen wie landwirtschaftlichen Betrieben eignet, Campus, oder Städte, die kleinvolumige Datenübertragungen erfordern.
