Comprender la diferencia entre área amplia de baja potencia y WPAN

En este articulo, revisaremos algunas de las opciones de área amplia de baja potencia que se usan más comúnmente, centrándose en las tecnologías celulares (IoT de banda estrecha y LT-M), así como aquellas WPAN que usan ancho de banda sin licencia, LoRa/LoRaWAN, y sigfox. También descubriremos la diferenciación entre las tecnologías de LPWAN y WPAN.. La tecnología de radiodifusión que usa frecuencias más altas puede transmitir más datos y velocidades de bits más rápidas que la radio de baja frecuencia.. Las frecuencias más altas exigirán más potencia mientras que el rango de viaje no es tan lejano como las frecuencias más bajas. en edificios, Áreas edificadas, o áreas con otras fuentes de interferencia, el rango es aún más pequeño. Cualquier frecuencia en un piso, el área abierta tendrá un rango más amplio que en un área urbanizada debido a la menor interferencia. Después de aprender estos fundamentos, también lo guiaremos en la elección de la tecnología adecuada para su aplicación, teniendo en cuenta la potencia disponible, la cantidad de datos que necesita transferir, y el rango que quieres lograr.

Red de Internet de las cosas basada en RF

Hay muchas soluciones de comunicación de dispositivos IoT basadas en RF en la red. En aras de la discusión, los dividimos en dos categorías:

• Tecnología de corto alcance, o tecnologías WPAN como Bluetooth, Wifi, Onda Z, y Zigbee, tener distancias cortas, que tienen tasas de bits altas o bajas y es el potencial para consumir mayor o menor energía.
• De largo alcance, o tecnología de área amplia de baja potencia, tiene bajo consumo de energía, larga distancia, y tasa de bits baja.

Red de área personal inalámbrica (WPAN)

La tecnología WPAN tiene un alcance limitado, pero se puede extender usando topología de malla. La topología de malla es una implementación de red mediante la cual cada dispositivo envía señales repetidamente a otros dispositivos cercanos.. Como el contenido a continuación a continuación, encontrará que los principales casos de uso de WPAN son aquellos a quienes no les importa mucho el rango.

Wifi

Wi-Fi puede funcionar a 2,4 GHz o 5 GHz. Debido a que estas frecuencias son más altas, Las tarifas de datos WIFI también son más altas. Cada dispositivo tiene un 1:1 relación con el enrutador de red. Como hemos visto antes, el rango de comunicación será muy corto debido a la alta frecuencia de las ondas RF. Los dispositivos Wi-Fi tradicionales tienen requisitos de energía más altos, lo que significa que la mayoría de los dispositivos disponibles deben ser alimentados por la red eléctrica. Wifi 6 El parámetro tiene como objetivo disminuir el consumo de energía de los dispositivos Wi-Fi IoT para que los dispositivos IoT puedan usar Wi-Fi.. Sin embargo, todavía queda un largo camino para que los dispositivos que utilizan estas nuevas especificaciones sean fácilmente accesibles. WI-FI es ideal para situaciones en las que es necesario transferir datos masivos al instante. Por ejemplo: equipo de cámara que necesita cargar videoclips 4K.

Las soluciones WI-FI se adaptan a las siguientes aplicaciones:

• Altas tasas de datos
• alta calidad de servicio (probabilidad de paso del mensaje)
• Baja latencia

Las soluciones Wi-Fi no son adecuadas para las siguientes aplicaciones:

• rango muy amplio entre dispositivos y enrutadores
• dispositivos alimentados por batería

Bluetooth

Admite múltiples modos de Bluetooth. El modo más relevante para Internet de las Cosas es Bluetooth Low Power (SE CONVIRTIÓ). BLE funciona a 2,4 GHz, pero transmite sólo una pequeña cantidad de datos. Además, también utiliza la tecnología de modulación FHSS para contrarrestar las interferencias. BLEBluetooth 4 implementa la transferencia de datos a 1 Mbps. Bluetooth 5 lo lleva hasta 2Mbps. El rango BLE se puede aumentar con Bluetooth Mesh en la forma de pasar mensajes entre nodos, pero debe tener una gran cantidad de nodos para permanecer conectado en una amplia gama de áreas.

Las soluciones BLE son las más adecuadas para aplicaciones que exigen:

• Bajo consumo de energía
• servicio de alta calidad
• Baja latencia
• Use la red Bluetooth para rango medio

Las soluciones BLE no son adecuadas para:

• Uso a largo plazo

Zigbee y Z-Wave

Zigbee opera a 1000MHz y 2.4ghz respectivamente. La onda z opera a unos 900 MHz.. La señal se verá menos afectada por la interferencia y será más accesible para atravesar obstáculos con frecuencias más bajas. Las frecuencias más bajas dan como resultado tasas de datos más bajas. Mientras que Z-Wave y Zigbee tienen un alcance corto, el alcance general de la red se puede ampliar con varios dispositivos en una red. Zigbee y Z-Wave son ideales para dispositivos con bajo consumo de energía que exigen un servicio de alta calidad y pequeñas cantidades de datos, por ejemplo, interruptores de luz y sensores de temperatura en viviendas.

Zigbee y Z-Wave son los más adecuados para:

• Bajo consumo de energía
• servicio de alta calidad
• Baja latencia
• Gama flexible de múltiples dispositivos

Zigbee y Z-Wave no son adecuados para:

• Grandes cantidades de datos
• De largo alcance

Red de área amplia de bajo consumo (LPWAN)

LPWAN Las tecnologías pueden cumplir con los requisitos de las redes de larga distancia y baja potencia.. Si tu red es necesaria para cubrir largas distancias, o necesitas atravesar obstáculos como edificios, entonces una solución de área amplia de baja potencia es una excelente opción para usted. La solución de área amplia de baja potencia abarca un rango de frecuencias en bandas con y sin licencia. En las siguientes secciones, discutiremos algunas de las tecnologías LPWAN más populares.

Cellular – the difference between LPWAN and WPAN

Las redes celulares usan bandas con licencia, normalmente en el rango de 500 MHz a 4 GHz, aunque la tecnología 5G puede utilizar frecuencias más cercanas a los 100GHz. Inicialmente, Las redes celulares nacieron para comunicaciones de alta velocidad de datos., por ejemplo, llamadas de voz que se ejecutan a frecuencias más altas para transportar mayores volúmenes de datos. Cuanto mayor sea la frecuencia, cuanto más corta es la distancia, por lo que ahora existen estándares de red celular específicamente para comunicaciones IoT de baja frecuencia para alcanzar mayores distancias. Hay dos especificaciones celulares clave que deben tenerse en cuenta para las aplicaciones de IoT.

Ambas tecnologías caen bajo 5G: IoT de banda estrecha

• NB-IoT, a veces denominado CAT-M2 o CAT-NB, es una categoría de comunicación celular con un ancho de canal de frecuencia estrecho. NB-IoT usa menos energía que LTE-M con una distancia más larga.
• LTE-M tiene velocidades de datos más altas y una latencia más baja que nB-iot. LTE-M también tiene la ventaja de permitir la movilidad de dispositivos sobre NB-IoT, así que si el dispositivo se mueve durante la transmisión de datos, puede cambiar a otra estación base. Las velocidades de datos en las redes celulares son las más altas entre las soluciones de área amplia de baja potencia, asi que, se ha aumentado el tamaño de los paquetes que puedes enviar.

Las frecuencias de las soluciones celulares son permisivas, puede reducir la interferencia, y se pueden enviar mensajes. Como resultado, La tecnología celular ofrece un servicio de alta calidad y baja latencia.. Si su caso de uso requiere una acción inmediata, como cerrar una válvula de gas a larga distancia una vez que hay una fuga, entonces puedes tener en cuenta Cellular.

Las redes celulares generalmente pertenecen a proveedores de redes móviles. Al elegir una red celular para su solución IoT, puede aprovechar la infraestructura ya existente en función de la cobertura de su área objetivo. sin embargo, Las especificaciones de IoT celular son relativamente nuevas,es por eso que los proveedores de red todavía están configurando sus sistemas como soporte. También puede encontrar que la cobertura de su proveedor de red es limitada y puede elegir una u otra especificación (IoT de banda estrecha o LTE-M) para servir a sus clientes. (Nota: es poco probable que ambos sean implementados por un proveedor de red determinado.)

Un caso de uso adecuado para la implementación de IoT celular es la medición eléctrica:

• altas velocidades de datos y longitud de la carga útil
• alta calidad de servicio
• baja latencia

sigfox y lora

Sigfox y LoRa usan bandas sin licencia entre 433 MHz y 928 MHz para transmitir señales de baja frecuencia en un largo alcance. Como veremos, estas tecnologías comparten algunas características comunes. A diferencia de las redes celulares, Las redes LoRa y Sigfox utilizan una topología de red en estrella,lo que significa que cualquier estación base en el ámbito específico puede recibir y enviar mensajes de difusión a la nube. Esto aumenta la posibilidad de que la señal sea capturada cuando el dispositivo está en el rango exterior de múltiples estaciones base.. Tanto Sigfox como LoRa pueden cubrir distancias más largas y usar menos energía que Cellular. En lugar de, ambos tienen velocidades de transferencia de datos más lentas y más restricciones en los datos y la frecuencia. Se puede enviar una mayor cantidad de datos por mensaje, transmitir más frecuentemente con LoRa, y consigue el máximo rango potencial con Sigfox.

Lo que Sigfox y LoRa tienen en común:

• de largo alcance
• bajo consumo de energía

Sigfox

Sigfox fue fundada en 2010, convirtiéndose en el primer área amplia moderna de baja potencia. Sigfox usa bandas sin licencia en frecuencias de 862MHz a 928MHz, y utiliza modulación de banda ultra estrecha para enviar mensajes de 100 Hz de ancho. Esto significa que los dispositivos Sigfox transmiten en canales aleatorios en un rango operativo dado, puede ser útil para reducir la posibilidad de interferencia de ruido de fondo. Sigfox puede alcanzar el máximo alcance de todas las tecnologías que estamos analizando, pero dará como resultado tasas de datos bajas debido a la banda estrecha utilizada. Por lo tanto, cada mensaje debe transmitir una pequeña cantidad de datos con menos de 12 bytes.

Los usuarios de Sigfox no pueden enviar más de seis mensajes por hora desde un dispositivo a la nube (río arriba) y no más de cuatro mensajes por día desde la nube a un dispositivo (río abajo). Estas limitaciones significan que Sigfox es ideal para aplicaciones de bajo consumo que solo necesitan comunicar unos pocos valores simples por día..

Tenías que registrar la red pública de Sigfox ahora. pero esta bien como, Sigfox le permite ejecutar instancias privadas de su red al ofrecer tecnología PAN.

• La ventaja de Sigfox: El rango más largo de todas las opciones de área amplia de baja potencia.

LoRa y LoRaWAN

LoRa usa bandas de frecuencia sin licencia entre 433 MHz y 928 MHz según la región, y utiliza un esquema de modulación CSS patentado para entregar datos a través de un ancho de banda de canal más amplio con bandas estrechas (125, 250 y 500kHz), De este modo, se pueden garantizar bajos niveles de ruido y capacidades antiinterferencias. El esquema de modulación se puede cambiar cambiando el factor de dispersión para lograr una mayor distancia a costa de la potencia.. LoRaWAN es un protocolo estándar abierto que define la comunicación entre puertas de enlace y dispositivos.

El alcance de LoRa es mayor que el de Cellular, pero más pequeño que Sigfox. sin embargo, es flexible con respecto a los límites de tamaño de paquete, y puede transferir más datos de los que puede con Sigfox si la configuración es correcta. La región en la que se encuentra y la velocidad de datos que desea admitir deciden el tamaño máximo del paquete de un mensaje LoRa. Velocidades de datos más altas significan rangos más cortos porque las frecuencias son más altas.

Muchos proveedores de redes públicas LoRaWAN están en el mercado. Pero también puede configurar una red privada utilizando su propio software y puerta de enlace..

El rodillo tiene una variedad de operaciones.:

• Clase A: requiere la menor potencia. El dispositivo duerme la mayor parte del tiempo y se despierta para enviar mensajes de enlace ascendente cuando cambian los valores del sensor. La ventana para recibir mensajes del servidor. (río abajo) es muy limitado.
• Clase B: También requiere muy poca energía.. El dispositivo está dormido la mayor parte del tiempo., pero puede despertarse a tiempo e informar la lectura actual cuando cambia la lectura del sensor. La ventana para recibir mensajes del servidor. (río abajo) está limitado.
• Clase C: Requiere más energía que los dispositivos de Clase A y B, pero el dispositivo siempre escucha el enlace descendente a menos que transmita el enlace ascendente. La flexibilidad de estas operaciones multiclase significa que LoRaWAN puede atender una gama más amplia de casos de uso.

Ventajas de LoRaWAN:

• Controla el tamaño máximo de paquete, que es más alto que Sigfox.
• Fácil de construir una red privada que sea rentable.
• Flexible, combinaciones de dispositivos con diferentes requisitos de potencia y retardo funcionan juntos.

Conclusion – the difference between LPWAN and WPAN

Las frecuencias bajas tienen un rango más largo y transportan menos datos que las frecuencias altas. Tecnologías WPAN como Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee y Z-Wave tienen frecuencias más altas y cortas de larga distancia. Estas opciones no son ideales para escenarios donde la distancia es importante. Las tecnologías LPWAN pueden lograr un mayor alcance y operar a frecuencias más bajas que las tecnologías WPAN.. Hemos determinado que la técnica correcta de área amplia de baja potencia depende de su caso de uso. Las tecnologías celulares como NB-IoT y LTE-M son excelentes opciones para escenarios donde la cobertura celular y el servicio, la baja latencia y las grandes cantidades de datos son más importantes que la potencia porque es probable que el rango sea menor. Sigfox es adecuado para situaciones en las que tiene pocos datos y desea transmitirlos a largas distancias con un bajo consumo de energía. LoRa permite el máximo control, capacidad configurable para enviar grandes volúmenes de datos simplemente configurando redes privadas, y la clase C admite una latencia más baja.