LPWAN (red de área amplia de baja potencia) Las tecnologías utilizan telecomunicaciones inalámbricas para transmitir datos a través de una red de área amplia.. Esta tecnología está diseñada específicamente para permitir la transmisión de comunicaciones de largo alcance a bajas tasas de bits.. Estas dos características distinguen las tecnologías LPWAN de otras WAN inalámbricas que usan más energía y transportan más datos cuando se conectan a los usuarios.. La velocidad de datos de LPWAN varía desde 0.4 Kbit / sa 40 Kbit / s por frecuencia.
Además de las LPWAN que se utilizan para crear una red privada de sensores inalámbricos, También se pueden utilizar como una infraestructura de terceros que permite a los usuarios de sensores configurarlos en el campo sin tener que instalar necesariamente la tecnología de puerta de enlace LPWAN..
En MOKOLoRa, somos agnósticos a la tecnología. Contemplaremos su proyecto de IoT LPWAN vs LoRaWAN de manera integral y recomendaremos la tecnología más adecuada para su aplicación exacta.
Algunos de los estándares y vendedores de la competencia para las tecnologías LPWAN son:
• DASH7 – is a bi-directional firmware standard with a low latency that works over several LPWAN radio technologies such as LoRa.
• Chirp spread spectrum (CSS)
• Sigfox – It is based on the Tecnología UNB
• 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.
Banda ultra estrecha
La banda ultra-estrecha (UNB) es una tecnología de modulación utilizada para tecnologías LPWAN por diferentes empresas como;
• Sigfox – It is based on UNB technology.
• Weightless – It is a Weightless SIG set of communication standards.
• NB-Fi Protocol – WAVIoT Company developed it.
Otros
• DASH7 – It is a mode to development framework that uses wireless networks with low power. Esta plataforma se ejecuta en múltiples estándares de radio inalámbrica como LoRa, LTE, 802.15.4gramo, y muchos más.
• 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. Se basa en variaciones de la tecnología CDMA para teléfonos móviles., aunque aplica el espectro sin licencia de 2.4GHz.
• Byron – It is from the Taggle Systems in Australia.
• Wi-SUN – This platform is based on IEEE 802.15.4g.
1. Long-range – In rural areas, las tecnologías LPWAN funcionan activamente en un radio de más de diez kilómetros y menos de un kilómetro en entornos urbanos. Permite la comunicación operativa de datos en entornos interiores y subterráneos que antes no eran factibles..
2. Low power – LPWAN is optimized to consume low power. Sus transceptores utilizan pequeños, baterías baratas que pueden durar hasta 20 años.
3. Bajo costo: Como LPWAN tiene un rango operativo bajo, minimiza los requisitos de infraestructura cuando se combina con una topología en estrella. Reduce los costes de la red ya que también es libre de licencia., o bandas con licencia reducen el costo de las redes.
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 banda ISM. Esta banda tiene propiedades de propagación mejoradas y una mejor cobertura en áreas estrechas., permitiendo la penetración a través de edificios y paredes.
Cada aplicación de LPWAN IoT tiene necesidades definidas. Considere siempre los siguientes factores para certificar que elige las tecnologías LPWAN adecuadas para su proyecto de IoT.
a) Service quality – The key guarantee to an exceptional QoS and industrial-grade reliability is the high data reception rate. Esto se logra mediante la inmunidad a interferencias de las tecnologías LPWAN que funcionan en un espectro sin licencia..
B) Scalability – It is essential to have an extensive network capacity to expand future networks and an incredible number of end devices. Un indicador principal a tener en cuenta es la cantidad de dispositivos y mensajes diarios que una estación base en particular puede controlar..
C) Battery life – Consumption of low-power considerably minimizes the total ownership cost, y también ayuda a lograr objetivos comerciales sostenibles en redes de sensores remotos.
D) Mobility – It is essential to have end nodes that transmit data at high speeds, Habilitando las principales aplicaciones de IoT como la telemática de flotas y la seguridad de los trabajadores..
mi) 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, mientras que los sistemas públicos LPWA plantean regularmente preocupaciones sobre la privacidad de los datos.
gramo) 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.
Uno de los pilares principales de una red LPWAN e IoT sólida es la estandarización. Proporciona un marco técnico exigente pero claro certificado por organizaciones de desarrollo de estándares como 3GPP, BUSCAR, IETF, IEEE, y muchos más. Una tecnología estandarizada ofrece diferentes beneficios como calidad y confiabilidad mejoradas, interoperabilidad de larga data, elasticidad de la invención, y escalabilidad universal.
El reino LPWAN tiene dos tecnologías que prosperan en los esfuerzos de estandarización.
• 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 3NO IMPORTA normas.
Se han establecido otras alianzas industriales que respaldan el crecimiento estándar en torno a las soluciones LPWAN patentadas.. sin embargo, estas luchas no sancionan la sostenibilidad de la tecnología y no pueden cubrir toda la pila de red como en el Alianza LoRa.
Las LPWAN con licencia aplican un espectro de radio que tiene licencia y funciona en redes sin restricciones.. Es compatible con los estándares 3GPP y GSM.. Estos estándares mejoran la forma en que los dispositivos LPWAN se desplazan de una red a otra, ya que facilitan la movilidad de la red.. es más, el uso de una LPWAN con licencia le da al dispositivo conectado un mayor nivel de excepcionalidad para conectarse. Esto mejora su confiabilidad y seguridad.. Algunos tipos de LPWAN con licencia son IoT de banda estrecha (NB-IoT) y LTE-M.
Por otro lado, las LPWAN sin licencia aplican un espectro de radio sin licencia. Es utilizable por todos sin exclusividad.. Unlicensed LPWAN isn’t built to handle continuous movements at high speeds. En lugar de, es adecuado para aplicaciones como en áreas donde se requiere una red LPWA sin licencia para la unidad única de dispositivos de enlace en esa región y lugares donde un sistema LPWA público no está disponible. Un ejemplo de LPWAN sin licencia es LoRaWAN.
En la actualidad, el mercado de LPWAN aún se encuentra en su etapa inicial. Se caracteriza por un alto grado de rastro de red y la desintegración de la tecnología que aún está alejada de la tecnología global.. sin embargo, Los analistas de mercado proponen que esto se está fusionando rápidamente en torno a algunas tecnologías importantes.. En 2017, la Tecnología LoRa fue el líder del mercado mundial en el despliegue de redes públicas y privadas.
Sin embargo, Se anticipa que LoRa será la tecnología de más rápido crecimiento al final de 2022. Los analistas de mercado esperan que LoRa supere a NB-IoT en la cantidad de dispositivos conectados; por eso, probablemente se convertirá en las tecnologías LPWAN líderes. Por otro lado, LoRa seguirá siendo el proveedor líder de una red privada. Ambos LoRa y NB-IoT representar alrededor 70 % de redes públicas y privadas en el mercado actual. es más, Se prevé que LoRa mejore su participación de mercado a aproximadamente 85% al final de 2027.
Aunque las tecnologías LPWAN tienen importantes beneficios con su aplicación, también tiene algunas limitaciones. Estas limitaciones incluyen;
a) LPWAN transmits much less data than other technologies – The data rates of LPWAN technologies mostly range from 100bps to 10s of Kbps. Estas bajas tasas hacen que la tecnología sea inapropiada para aplicaciones moderadamente potentes.. Los dispositivos que transfieren continuamente grandes cantidades de datos entre los sensores en latencias bajas requieren redes de mayor capacidad para funcionar completamente.
B) Interference and errors – As most LPWAN protocols are conveyed over unlicensed LPWAN frequency bands, corren el riesgo de experimentar errores e interferencias al intercambiar datos. Por ejemplo, En ocasiones, un entorno minorista experimenta interferencias cuando coexisten lectores RFID en su entorno..
C) Underdeveloped coverage – LPWAN coverage is comparatively underdeveloped compared to the other technologies. La mayoría de los operadores de telefonía móvil han desarrollado amplias redes que admiten fácilmente el Internet de las cosas.. Para admitir completamente las aplicaciones LPWAN IoT, Los proveedores de telefonía celular tienen una obstrucción inicial compleja que deben superar.. es más, Los operadores celulares tienen principios rectores de infraestructura estrictos., que son relativamente caros, while LPWAN operators aren’t subject to synchronized tower properties.
La introducción de LPWAN en el mercado se remonta a finales de la década de 1980.. Esto fue después de la construcción de una red de datos bajos por ADEMCO., utilizado para monitorear paneles de alarma. The Motorola Company también presentó ARDIS (una red de área extensa de baja velocidad) utilizado en el seguimiento de transacciones y procesos de automatización de ventas en el mismo período. Aunque estas innovaciones son diferentes de las LPWAN actuales, todavía sirven como predecesores de la tecnología emergente.
Con la introducción de 2G en la década de 1990, La mayoría de los operadores de telefonía celular podrían transmitir datos junto con voz a largas distancias.. es más, la demanda de Internet aumentó rápidamente con el tiempo, presionar a las empresas para que adopten las capacidades de conectividad en sus dispositivos. Esta tendencia condujo al surgimiento de productos de bajo costo., Soluciones de comunicación inalámbrica de bajo consumo como LPWAN.
Recientemente, Las LPWAN se han presentado como una solución. Sigfox fue la primera tecnología LPWAN introducida en el mercado por una empresa francesa en 2009. La tecnología pudo incorporar aplicaciones en tiempo real de manera más eficiente que las tecnologías de radio anteriores.. Hoy dia, el LPWAN de LoRa está patentado y ampliamente utilizado en más de 57 países a nivel mundial.
Mas tarde despues 3 años, Semtech introdujo el protocolo LPWAN LoRa que opera en varias bandas sin licencia dependiendo de su ubicación.. En lugar de que los desarrolladores utilicen la infraestructura ya existente, pueden usar LoRa para configurar sus redes de área amplia. Esto ha llevado a la aparición de algunos proveedores públicos de LoRaWAN como The Things Network, Factura, y machineQ.
En la actualidad, Varias empresas están instalando LPWAN para varias aplicaciones., donde la mayoría de ellos participan activamente en la Alianza LoRa. La Alianza LoRa se estableció en marzo 2015 promover el triunfo de los protocolos LPWAN. Es una asociación benéfica con más 500 miembros de la organización.
¿Existen tecnologías LPWAN basadas en redes de malla??
Brevemente, Las redes en malla no se pueden clasificar como redes LPWAN.. Las redes de malla están diseñadas con nodos web interconectados donde cada uno de ellos extiende de forma independiente las señales de radio.. Las redes de malla tienen tres componentes que trabajan en conjunto para transmitir datos de un sensor inalámbrico a otro.. Estos componentes de la red de malla son; pasarelas, puntos finales, y repetidores. sin embargo, la tecnología de malla es energéticamente incompetente y es mejor para su uso en dispositivos que envían datos a distancias medias.
La relación de LPWANS e IoT
Las LPWAN se convertirán en más críticas a medida que es probable que aumente el espacio de Internet de las cosas. Múltiples dispositivos LPWAN en diversas industrias y espacios trabajan en conjunto para informatizar su funcionalidad., minimizar los costos de operación, y volar a mayores alturas de productividad.
Existe la necesidad de redes inalámbricas que puedan transferir datos rápidamente a largas distancias mientras consumen menos energía.. es más, Las empresas que configuran dispositivos de IoT requieren soluciones rentables que conecten de manera efectiva varios sensores a Internet al mismo tiempo.. Si no, most exciting IoT applications won’t be realistic.
Impacto de 5G en LPWAN
La próxima revolución en las comunicaciones de los móviles celulares inalámbricos es 5G. Las tecnologías prometen velocidades de datos excepcionales que minimizan los costos y las latencias.. Por lo tanto, debido a las capacidades de rendimiento 5G, la tecnología abrirá una innovación tecnológica increíble.
es más, La tecnología 5G está configurada para mejorar enormemente la conectividad de IoT y mejorar la cantidad de sensores inalámbricos que se pueden conectar simultáneamente a Internet y entre sí.. Es probable que la importancia de las tecnologías LPWAN crezca con la difusión de la cobertura 5G.
Aplicaciones LPWAN
A continuación se muestran los diversos casos de uso de aplicaciones de LPWAN Technologies.
Medición eléctrica
LPWANS se puede aplicar en medición eléctrica. Las empresas del mercado de la medición eléctrica suelen necesitar comunicaciones periódicas., altas velocidades de datos, y latencias más bajas. Esencialmente, Estos medidores eléctricos LPWAN no requieren baterías de larga duración ni tasas de consumo de energía más bajas, ya que tienen una fuente de energía ininterrumpida.. Para que las empresas de medidores eléctricos tomen decisiones instantáneas como interrupciones, cargas, y cortes, requieren una cuadrícula en tiempo real para fines de monitoreo.
Agricultura inteligente
Las LPWAN también se utilizan en agricultura.. Aquí, las tecnologías LPWAN deben tener dispositivos sensores con batería de larga duración. Estos sensores mejoran significativamente los rendimientos y minimizan las tasas de consumo de agua.. Los dispositivos también actualizan periódicamente los datos que detectan cada vez que experimentan algún cambio en las condiciones ambientales..
Automatización de fabricación
En la automatización de la fabricación, Las LPWAN monitorean la maquinaria en tiempo real, mejorando así la eficiencia al permitir el control remoto y mejora significativamente la línea de producción industrial. Existen varios tipos de necesidades de comunicación y sensores en la automatización de fábricas. LoRa es una solución perfecta para aplicaciones que necesitan baterías de larga duración y sensores de bajo costo para monitoreo y seguimiento de activos..
Edificio inteligente
Sensores LPWAN IoT en edificios inteligentes para la seguridad, temperatura, humedad, enchufes eléctricos, y el flujo de agua se implementa para alertar a los administradores de propiedades. Estos sensores también ayudan a prevenir daños y reaccionan rápidamente a las demandas sin tener necesariamente un monitor de construcción manual.. Estos sensores requieren dispositivos de LPWAN Technologies baratos con baterías de larga duración..
Estaciones de punto de venta minorista
Las LPWAN se utilizan en sistemas de puntos de venta que necesitan servicios de calidad garantizados.. Estos sistemas manejan comunicaciones regulares; de ahí que estén construidos con una fuente continua de energía eléctrica. Requieren una latencia baja vibrante que no limite la cantidad de transacciones realizadas.
Seguimiento logístico de palets
Ahora, Las LPWAN se aplican en el rastreo logístico de pallets para determinar la ubicación y condiciones de los productos.. Toda empresa de logística necesita tener su sistema LPWAN Technologies para asegurarse de tener cobertura garantizada en sus instalaciones.. La aplicación del seguimiento logístico de palés es un ejemplo perfecto de una solución de implementación híbrida. Requiere dispositivos baratos con baterías de larga duración y se puede implementar fácilmente en todos los vehículos..
Todas las infraestructuras de LPWAN IoT experimentan varios desafíos relacionados con la seguridad. IoT amplía la plataforma de ataque debido a su tiempo de transmisión relativamente extenso y sus amplios rangos de conectividad.. Cada tecnología asegura su comunicación con sus medidas de seguridad, ya que todas están en riesgo de vulnerabilidad potencial..
La LoRA maneja su seguridad usando el método de encriptación AES-128. Esta técnica ofrece múltiples capas de cifrado en LoRaWAN. LoRa utiliza las claves de la aplicación y la red para asegurar sus paquetes a la red de forma segura.. Las claves de sesión de la red y la aplicación se crean utilizando el 128 bit clave de la aplicación AES (Clave de la aplicación).
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. es más, la clave de sesión de red se puede utilizar para desarrollar firmas únicas para cada dispositivo. La clave de sesión de la aplicación realiza el cifrado y descifrado de datos. Una operación XOR cifra cada mensaje. Además, genera la carga útil cifrada utilizando un flujo de claves creado por la red y las claves de sesión de la aplicación, junto con el contador de mensajes de enlace ascendente y descendente.
Lora da la misma longitud de mensaje antes y después del cifrado, y ofrece una oportunidad a la entidad malintencionada de reconstruir la corriente principal a partir de los mensajes cifrados. Incluso con el mecanismo de seguridad establecido para los dispositivos LoRa, estos dispositivos siguen siendo vulnerables a interferencias, agujero de gusano, y repetir ataques.
Aunque las LPWAN tienen ventajas y posibilidades fundamentales, todavía tienen varios desafíos graves y factores de riesgo asociados con ellos. LTE-M y NB-IoT, Ambos son estándares celulares establecidos por varias industrias establecidas como Nokia y Qualcomm., son uno de los principales riesgos para las LPWAN. Estas redes pueden actualizarse e implementarse fácilmente en software celular de red por parte de los principales operadores, como Verizon y AT.&T con solo presionar un interruptor. Esto permite a las empresas de telefonía celular dar servicio de manera eficiente a sus aplicaciones de banda estrecha reestructurando las frecuencias GSM de voz sin requerir necesariamente ningún hardware adicional..
What’s better is that these cellular companies can still articulate this using the same achievable price point when they wish to do so. Es más probable que las empresas de telefonía móvil comercialicen LTE-M a grandes empresas que utilizan grandes cantidades de datos móviles y servicios de voz.. A medida que los proveedores de telefonía móvil recaudan enormes sumas de dólares en contratos de teléfonos, todavía necesitan proporcionar servicios de datos económicos de gama baja. Esto puede brindarles la oportunidad de robar algo en caso de que implementen esto como su estrategia.. Preferiblemente, Los proveedores de celulares deben intentar ofrecer más valor que solo el transporte de datos.. Si los miembros de LoRa Alliance desarrollan aplicaciones específicas, Las oportunidades LTE-M nunca pueden moverlas.
Es esencial considerar varios factores al seleccionar las tecnologías LPWAN adecuadas para su proyecto de IoT.. Estas tres preocupaciones principales que debe considerar son;
Consumo de energía
Es esencial tener en cuenta la cantidad de días que sus sensores estarán en el campo mientras funcionan con la batería.. También, considerar si los dispositivos se utilizarán al aire libre, incluso en los días de invierno, y con qué frecuencia se requerirán sus sensores para transmitir datos.
Conectividad
Tenga en cuenta el rango cubierto por las comunicaciones, la cantidad de datos necesarios para enviar cada mensaje, y la ubicación geográfica de los dispositivos. es más, considere si prefiere subcontratar el servicio y la infraestructura de su red o si controlará personalmente su red y los datos que la atraviesan.
Móvil o estacionario
Considere si sus dispositivos serán estáticos donde la distancia de la puerta de enlace LPWAN es constante o si sus dispositivos serán móviles con su infraestructura cubriendo todas las ubicaciones posibles.
Todas las redes LPWAN tienen diferentes fortalezas y debilidades en el costo, poder, y poder. MOKOLoRa tiene Soluciones LoRaWAN para monitoreo de ubicación,Monitoreo de temperatura y humedad que son perfectos para su uso en áreas más grandes, como granjas., campus, o ciudades que requieren transmisiones de datos de pequeño volumen.
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