Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε μερικές από τις επιλογές ευρείας περιοχής χαμηλής ισχύος που χρησιμοποιούνται πιο συχνά, εστιάζοντας στις κυψελωτές τεχνολογίες (IoT στενής ζώνης και LT-M), καθώς και εκείνα τα WPAN που χρησιμοποιούν εύρος ζώνης χωρίς άδεια, LoRa /LoRaWAN, και Sigfox. We’ll also figure out the differentiation between the technologies of LPWAN and WPAN. Η τεχνολογία μετάδοσης που χρησιμοποιεί υψηλότερες συχνότητες μπορεί να μεταδώσει περισσότερα δεδομένα και ταχύτερους ρυθμούς μετάδοσης bit από το ραδιόφωνο χαμηλής συχνότητας. Οι υψηλότερες συχνότητες απαιτούν περισσότερη ισχύ, ενώ το εύρος διαδρομής δεν είναι τόσο μακριά όσο οι χαμηλότερες συχνότητες. Σε κτίρια, κατοικημένες περιοχές, ή περιοχές με άλλες πηγές παρεμβολών, η γκάμα είναι ακόμη μικρότερη. Οποιαδήποτε συχνότητα σε ένα διαμέρισμα, Η ανοιχτή περιοχή θα έχει μεγαλύτερο εύρος από ό,τι σε μια κατοικημένη περιοχή λόγω λιγότερων παρεμβολών. Αφού μάθετε αυτά τα βασικά, we’ll also direct you on choosing the right technology for your application, λαμβάνοντας υπόψη τη διαθέσιμη ισχύ, το ποσό δεδομένων που πρέπει να μεταφέρετε, και το εύρος που θέλετε να επιτύχετε.
Δίκτυο Internet of Things που βασίζεται σε RF
Υπάρχουν πολλές λύσεις επικοινωνίας συσκευών IoT που βασίζονται σε RF στο δίκτυο. Για λόγους συζήτησης, τα χωρίζουμε σε δύο κατηγορίες:
- Τεχνολογία μικρής εμβέλειας, ή τεχνολογίες WPAN όπως το Bluetooth, Wi-Fi, Ζ-Κύμα, και Zigbee, έχουν μικρές αποστάσεις, που είναι με υψηλούς ή χαμηλούς ρυθμούς bit και είναι η δυνατότητα να καταναλώνουν υψηλότερη ή χαμηλότερη ισχύ.
- Μεγάλης εμβέλειας, ή τεχνολογία ευρείας περιοχής χαμηλής ισχύος, έχει χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, μεγάλη απόσταση, και χαμηλό ρυθμό μετάδοσης bit.
Ασύρματο Προσωπικό Δίκτυο Περιοχής (WPAN)
Η τεχνολογία WPAN είναι περιορισμένης εμβέλειας, αλλά μπορεί να επεκταθεί χρησιμοποιώντας τοπολογία πλέγματος. Η τοπολογία πλέγματος είναι μια υλοποίηση δικτύου με την οποία κάθε συσκευή στέλνει επανειλημμένα σήματα σε άλλες συσκευές που βρίσκονται κοντά. Όπως το παρακάτω περιεχόμενο, you’ll find that the main use cases for WPAN are those who don’t care much on range.
Wi-Fi
Το Wi-Fi μπορεί να λειτουργεί στα 2,4 GHz ή 5 GHz. Επειδή αυτές οι συχνότητες είναι υψηλότερες, Οι ρυθμοί δεδομένων WIFI είναι επίσης υψηλότεροι. Κάθε συσκευή έχει ένα 1:1 σχέση με τον δρομολογητή δικτύου. Όπως έχουμε ξαναδεί, το εύρος επικοινωνίας θα είναι πολύ μικρό λόγω της υψηλής συχνότητας των κυμάτων RF. Οι παραδοσιακές συσκευές Wi-Fi έχουν υψηλότερες απαιτήσεις ενέργειας, που σημαίνει ότι οι περισσότερες διαθέσιμες συσκευές πρέπει να τροφοδοτούνται από ηλεκτρικό δίκτυο. Wi-Fi 6 Η παράμετρος στοχεύει στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας των συσκευών Wi-Fi IoT, έτσι ώστε οι συσκευές IoT να μπορούν να χρησιμοποιούν Wi-Fi. Ωστόσο, there’s still a long way for devices using these new specifications to become easily accessible. Το WI-FI είναι ιδανικό για καταστάσεις όπου τα μαζικά δεδομένα πρέπει να μεταφερθούν άμεσα. Για παράδειγμα: εξοπλισμός κάμερας που χρειάζεται να ανεβάσει βίντεο 4K.
Οι λύσεις WI-FI ταιριάζουν στις ακόλουθες εφαρμογές:
- Υψηλές ταχύτητες δεδομένων
- υψηλή ποιότητα υπηρεσιών (πιθανότητα να περάσει το μήνυμα)
- Χαμηλή καθυστέρηση
Οι λύσεις Wi-Fi δεν είναι κατάλληλες για τις ακόλουθες εφαρμογές:
- πολύ μεγάλο εύρος μεταξύ συσκευών και δρομολογητών
- συσκευές που λειτουργούν με μπαταρία
Bluetooth
Υποστηρίζει πολλαπλές λειτουργίες Bluetooth. Η πιο σχετική λειτουργία με το Διαδίκτυο των πραγμάτων είναι το Bluetooth Low Power (ΕΓΙΝΕ). Το BLE λειτουργεί στα 2,4 GHz, αλλά μεταδίδει μόνο μια μικρή ποσότητα δεδομένων. Επιπλέον, Χρησιμοποιεί επίσης τεχνολογία διαμόρφωσης FHSS για την αντιμετώπιση παρεμβολών. BLE Bluetooth 4 υλοποιεί μεταφορά δεδομένων στο 1Mbps. Bluetooth 5 το φέρνει έως και 2 Mbps. Η εμβέλεια BLE μπορεί να αυξηθεί με το Bluetooth Mesh στον τρόπο μετάδοσης μηνυμάτων μεταξύ των κόμβων, αλλά πρέπει να έχετε μεγάλο αριθμό κόμβων για να παραμείνετε συνδεδεμένοι σε ένα ευρύ φάσμα περιοχής.
Οι λύσεις BLE είναι οι πλέον κατάλληλες για απαιτητικές εφαρμογές:
- Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας
- Υψηλής ποιότητας εξυπηρέτηση
- Χαμηλή καθυστέρηση
- Χρησιμοποιήστε πλέγμα Bluetooth για μεσαία εμβέλεια
Τα διαλύματα BLE δεν είναι κατάλληλα για:
- Μακροχρόνια χρήση
Zigbee και Z-Wave
Zigbee λειτουργεί στα 1000MHz και 2,4GHz αντίστοιχα. Το κύμα z λειτουργεί στα 900 MHz περίπου. Το σήμα θα επηρεαστεί λιγότερο από παρεμβολές και είναι πιο προσιτό για να περάσει εμπόδια με χαμηλότερες συχνότητες. Οι χαμηλότερες συχνότητες έχουν ως αποτέλεσμα χαμηλότερους ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων. Ενώ το Z-Wave και το Zigbee έχουν μικρή έκταση, η συνολική εμβέλεια του δικτύου μπορεί να επεκταθεί με πολλές συσκευές σε ένα πλέγμα. Το Zigbee και το Z-Wave είναι ιδανικά για συσκευές με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας που απαιτούν υπηρεσίες υψηλής ποιότητας και μικρές ποσότητες δεδομένων, για παράδειγμα, διακόπτες φωτός και αισθητήρες θερμοκρασίας στα σπίτια.
Τα Zigbee και Z-Wave ταιριάζουν καλύτερα:
- Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας
- Υψηλής ποιότητας εξυπηρέτηση
- Χαμηλή καθυστέρηση
- Ευέλικτη γκάμα πολλαπλών συσκευών
Το Zigbee και το Z-Wave δεν είναι κατάλληλα για:
- Τεράστιοι όγκοι δεδομένων
- Μεγάλης εμβέλειας
Δίκτυο ευρείας περιοχής χαμηλής ισχύος (LPWAN)
LPWAN Οι τεχνολογίες μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις των δικτύων μεγάλων αποστάσεων και χαμηλής ισχύος. Εάν το δίκτυό σας είναι απαραίτητο για την κάλυψη μεγάλων αποστάσεων, ή πρέπει να διασχίσετε εμπόδια όπως κτίρια, τότε μια λύση ευρείας περιοχής χαμηλής ισχύος είναι μια εξαιρετική επιλογή για εσάς. Η λύση ευρείας περιοχής χαμηλής ισχύος καλύπτει ένα εύρος συχνοτήτων σε αδειοδοτημένες και μη αδειοδοτημένες ζώνες. Στις επόμενες ενότητες, θα συζητήσουμε μερικές από τις πιο δημοφιλείς τεχνολογίες LPWAN.
Κυτταρικός – η διαφορά μεταξύ LPWAN και WPAN
Τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας χρησιμοποιούν ζώνες με άδεια χρήσης, συνήθως στην περιοχή από 500 MHz έως 4 GHz, αν και η τεχνολογία 5G μπορεί να χρησιμοποιήσει συχνότητες πιο κοντά στα 100 GHz. Αρχικά, Τα κυψελωτά δίκτυα γεννήθηκαν για επικοινωνίες υψηλής ταχύτητας δεδομένων, για παράδειγμα, φωνητικές κλήσεις που εκτελούνται σε υψηλότερες συχνότητες για τη μεταφορά μεγαλύτερου όγκου δεδομένων. Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο μικρότερη είναι η απόσταση, έτσι υπάρχουν πλέον πρότυπα κυψελοειδούς δικτύου ειδικά για επικοινωνίες IoT χαμηλής συχνότητας για την επίτευξη μεγαλύτερων αποστάσεων. Υπάρχουν δύο βασικές προδιαγραφές κινητής τηλεφωνίας που πρέπει να ληφθούν υπόψη για εφαρμογές IoT.
Και οι δύο τεχνολογίες εμπίπτουν στο 5G: το Narrow Band IoT
- NB-IoT, μερικές φορές αναφέρεται ως CAT-M2 ή CAT-NB, είναι μια κατηγορία κυψελοειδούς επικοινωνίας με στενό πλάτος καναλιού συχνότητας. Το NB-IoT και τα δύο χρησιμοποιούν λιγότερη ισχύ από το LTE-M με μεγαλύτερη απόσταση.
- Το LTE-M έχει υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων και χαμηλότερο λανθάνοντα χρόνο από το nB-iot. Το LTE-M έχει επίσης το πλεονέκτημα ότι επιτρέπει την κινητικότητα της συσκευής σε σχέση με το NB-IoT, έτσι εάν η συσκευή κινείται κατά τη μετάδοση δεδομένων, μπορεί να μεταβεί σε άλλο σταθμό βάσης. Οι ρυθμοί δεδομένων σε δίκτυα κινητής τηλεφωνίας είναι οι υψηλότεροι μεταξύ των λύσεων ευρείας περιοχής χαμηλής ισχύος, Έτσι, το μέγεθος των πακέτων που μπορείτε να στείλετε έχει αυξηθεί.
Οι συχνότητες των κυτταρικών διαλυμάτων είναι επιτρεπτές, μπορεί να μειώσει τις παρεμβολές, και μπορούν να σταλούν μηνύματα. Σαν άποτέλεσμα, Η τεχνολογία κινητής τηλεφωνίας προσφέρει υπηρεσίες υψηλής ποιότητας και χαμηλή καθυστέρηση. Εάν η περίπτωση χρήσης σας απαιτεί άμεση δράση, such as shutting off a gas valve at a long distance once there’s a leak, τότε μπορείτε να λάβετε υπόψη την Cellular.
Τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας ανήκουν συνήθως σε παρόχους δικτύων κινητής τηλεφωνίας. Επιλέγοντας ένα δίκτυο κινητής τηλεφωνίας για τη λύση IoT σας, μπορείτε να επωφεληθείτε από την ήδη υπάρχουσα υποδομή με βάση την κάλυψη της περιοχής-στόχου σας. παρ 'όλα αυτά, Οι προδιαγραφές κινητής τηλεφωνίας IoT είναι σχετικά νέες,that’s why network providers are still setting up their systems as a support. Μπορεί επίσης να διαπιστώσετε ότι η κάλυψη του παρόχου δικτύου σας είναι περιορισμένη και μπορείτε να επιλέξετε μία ή άλλη προδιαγραφή (στενής ζώνης IoT ή LTE-M) για να εξυπηρετήσετε τους πελάτες σας. (Σημείωση: είναι απίθανο και τα δύο να υλοποιηθούν από έναν δεδομένο πάροχο δικτύου.)
Μία περίπτωση χρήσης κατάλληλη για την εφαρμογή κινητού IoT είναι η ηλεκτρική μέτρηση:
- υψηλούς ρυθμούς δεδομένων και μήκος ωφέλιμου φορτίου
- υψηλή ποιότητα υπηρεσιών
- χαμηλή καθυστέρηση
Sigfox και LoRa
Οι Sigfox και LoRa χρησιμοποιούν ζώνες χωρίς άδεια μεταξύ 433MHz και 928MHz για μετάδοση σημάτων χαμηλής συχνότητας σε μεγάλη εμβέλεια. Όπως θα δούμε, Αυτές οι τεχνολογίες έχουν κοινά χαρακτηριστικά. Σε αντίθεση με τα κυψελωτά δίκτυα, Τα δίκτυα LoRa και Sigfox χρησιμοποιούν μια τοπολογία δικτύου αστεριών,πράγμα που σημαίνει ότι τα μηνύματα εκπομπής μπορούν να ληφθούν και να παραδοθούν στο cloud από οποιονδήποτε σταθμό βάσης στο συγκεκριμένο πεδίο. Αυτό αυξάνει την πιθανότητα να ληφθεί το σήμα όταν η συσκευή βρίσκεται στην εξωτερική εμβέλεια πολλών σταθμών βάσης. Τόσο το Sigfox όσο και το LoRa μπορούν να καλύψουν μεγαλύτερες αποστάσεις και να χρησιμοποιούν λιγότερη ενέργεια από το Cellular. αντι αυτου, Και οι δύο έχουν χαμηλότερες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων και περισσότερους περιορισμούς στα δεδομένα και τη συχνότητα. Μπορεί να αποσταλεί μεγαλύτερος όγκος δεδομένων ανά μήνυμα, εκπέμπει πιο συχνά με το LoRa, και αποκτήστε το μέγιστο δυναμικό εύρος με το Sigfox.
Τι κοινό έχουν η Sigfox και η LoRa:
- μεγάλης εμβέλειας
- χαμηλή κατανάλωση ενέργειας
Sigfox
Η Sigfox ιδρύθηκε το 2010, γίνεται η πρώτη σύγχρονη ευρεία περιοχή χαμηλής ισχύος. Η Sigfox χρησιμοποιεί ζώνες χωρίς άδεια σε συχνότητες από 862 MHz έως 928 MHz, και χρησιμοποιεί διαμόρφωση εξαιρετικά στενής ζώνης για την αποστολή μηνυμάτων ευρείας συχνότητας 100 Hz. Αυτό σημαίνει ότι οι συσκευές Sigfox εκπέμπουν σε τυχαία κανάλια σε ένα δεδομένο εύρος λειτουργίας, μπορεί να βοηθήσει στη μείωση της πιθανότητας παρεμβολής θορύβου περιβάλλοντος. Η Sigfox μπορεί να επιτύχει το μέγιστο εύρος όλων των τεχνολογιών που αναλύουμε, αλλά θα έχει ως αποτέλεσμα χαμηλούς ρυθμούς δεδομένων λόγω της στενής ζώνης που χρησιμοποιείται. Ως εκ τούτου, ένας μικρός όγκος δεδομένων πρέπει να μεταδίδεται από κάθε μήνυμα με λιγότερο από 12 byte.
Οι χρήστες του Sigfox μπορούν να στείλουν όχι περισσότερα από έξι μηνύματα την ώρα από μια συσκευή στο cloud (αντίθετα στο ρεύμα) και όχι περισσότερα από τέσσερα μηνύματα την ημέρα από το cloud σε μια συσκευή (κατάντη). Αυτοί οι περιορισμοί σημαίνουν ότι το Sigfox είναι ιδανικό για εφαρμογές χαμηλής κατανάλωσης που χρειάζονται μόνο μερικές απλές τιμές την ημέρα.
Έπρεπε να εγγραφείτε τώρα στο δημόσιο δίκτυο Sigfox. But it’s ok as, Το Sigfox σάς επιτρέπει να εκτελείτε ιδιωτικές παρουσίες του δικτύου σας προσφέροντας τεχνολογία PAN.
- Sigfox’s advantage: Μεγαλύτερη γκάμα όλων των επιλογών ευρείας περιοχής χαμηλής ισχύος.
Το LoRa χρησιμοποιεί ζώνες συχνοτήτων χωρίς άδεια μεταξύ 433 MHz και 928 MHz με βάση την περιοχή, και χρησιμοποιεί ένα ιδιόκτητο σχήμα διαμόρφωσης CSS για την παράδοση δεδομένων σε ένα ευρύτερο εύρος ζώνης καναλιού με στενές ζώνες (125, 250 και 500kHz), με αυτόν τον τρόπο, μπορούν να εξασφαλιστούν χαμηλά επίπεδα θορύβου και δυνατότητες κατά της εμπλοκής. Το σχήμα διαμόρφωσης μπορεί να αλλάξει αλλάζοντας τον συντελεστή διασποράς για να επιτευχθεί μεγαλύτερη απόσταση με κόστος ισχύος. Το LoRaWAN είναι ένα ανοιχτό πρότυπο πρωτόκολλο που ορίζει την επικοινωνία μεταξύ πυλών και συσκευών.
LoRa’s range is larger than Cellular, αλλά μικρότερο από το Sigfox. παρ 'όλα αυτά, it’s flexible of packet size limits, και μπορείτε να μεταφέρετε περισσότερα δεδομένα από όσα μπορείτε με το Sigfox εάν η διαμόρφωση είναι σωστή. Η περιοχή στην οποία βρίσκεστε και ο ρυθμός δεδομένων που θέλετε να υποστηρίξετε καθορίζουν το μέγιστο μέγεθος πακέτου ενός μηνύματος LoRa. Οι υψηλότεροι ρυθμοί δεδομένων σημαίνουν μικρότερες περιοχές, επειδή οι συχνότητες είναι υψηλότερες.
Πολλοί δημόσιοι πάροχοι δικτύου LoRaWAN κυκλοφορούν στην αγορά. Αλλά μπορείτε επίσης να δημιουργήσετε ένα ιδιωτικό δίκτυο χρησιμοποιώντας το δικό σας λογισμικό και πύλη.
Ο κύλινδρος έχει μια ποικιλία λειτουργιών:
- Κατηγορία Α: απαιτεί τη λιγότερη ισχύ. Η συσκευή κοιμάται τις περισσότερες φορές και ξυπνά για να στείλει μηνύματα ανοδικής ζεύξης όταν αλλάξουν οι τιμές του αισθητήρα. Το παράθυρο λήψης μηνυμάτων από τον διακομιστή (κατάντη) είναι πολύ περιορισμένη.
- Κατηγορία Β: Επίσης απαιτεί πολύ λίγη ενέργεια. Η συσκευή κοιμάται τις περισσότερες φορές, αλλά μπορεί να ξυπνήσει έγκαιρα και να αναφέρει την τρέχουσα ένδειξη όταν αλλάξει η ένδειξη του αισθητήρα. Το παράθυρο λήψης μηνυμάτων από τον διακομιστή (κατάντη) είναι περιορισμένο.
- Κατηγορία Γ: Απαιτεί περισσότερη ισχύ από συσκευές κατηγορίας Α και Β, αλλά η συσκευή ακούει πάντα την κατερχόμενη ζεύξη εκτός και αν εκπέμπει την ανερχόμενη ζεύξη. Η ευελιξία αυτών των λειτουργιών πολλαπλών κατηγοριών σημαίνει ότι ένα ευρύτερο φάσμα περιπτώσεων χρήσης μπορεί να εξυπηρετηθεί από τη LoRaWAN.
Πλεονεκτήματα του LoRaWAN:
- Ελέγχει το μέγιστο μέγεθος πακέτου, που είναι υψηλότερο από το Sigfox.
- Εύκολο να δημιουργήσετε ένα ιδιωτικό δίκτυο που είναι οικονομικά αποδοτικό.
- Εύκαμπτος, συνδυασμοί συσκευών με διαφορετικές απαιτήσεις ισχύος και καθυστέρησης συνεργάζονται.
συμπέρασμα – η διαφορά μεταξύ LPWAN και WPAN
Οι χαμηλές συχνότητες έχουν μεγαλύτερο εύρος, ενώ μεταφέρουν λιγότερα δεδομένα από τις υψηλές συχνότητες. Τεχνολογίες WPAN όπως το Wi-Fi, Bluetooth, Το Zigbee και το Z-Wave είναι με υψηλότερες συχνότητες και μικρές αποστάσεις. Αυτές οι επιλογές δεν είναι ιδανικές για σενάρια όπου η απόσταση είναι σημαντική. Οι τεχνολογίες LPWAN είναι σε θέση να επιτύχουν μεγαλύτερη εμβέλεια και να λειτουργούν σε χαμηλότερες συχνότητες από τις τεχνολογίες WPAN. Έχουμε καθορίσει ότι η σωστή τεχνική ευρείας περιοχής χαμηλής ισχύος εξαρτάται από την περίπτωση χρήσης σας. Οι τεχνολογίες κινητής τηλεφωνίας όπως το NB-IoT και το LTE-M είναι εξαιρετικές επιλογές για σενάρια όπου υπάρχει κάλυψη κινητής τηλεφωνίας και εξυπηρέτηση, Η χαμηλή καθυστέρηση και οι μεγάλες ποσότητες δεδομένων είναι πιο σημαντικά από την ισχύ, επειδή το εύρος είναι πιθανό να είναι χαμηλότερο. Το Sigfox είναι κατάλληλο για καταστάσεις όπου έχετε λίγα δεδομένα και θέλετε να τα μεταδώσετε σε μεγάλες αποστάσεις με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Το LoRa επιτρέπει μέγιστο έλεγχο, διαμορφώσιμη δυνατότητα αποστολής μεγαλύτερου όγκου δεδομένων με απλή εγκατάσταση ιδιωτικών δικτύων, και η κατηγορία C υποστηρίζει χαμηλότερη καθυστέρηση.
