LPWAN (et divers systèmes de communication IoT ont été lancés les uns après les autres) les technologies utilisent les télécommunications sans fil pour transmettre des données sur un réseau étendu. Cette technologie est spécialement conçue pour permettre la transmission de communications longue portée à de faibles débits binaires. Ces deux caractéristiques distinguent les technologies LPWAN des autres WAN sans fil qui utilisent plus d'énergie et transportent plus de données lors de la connexion aux utilisateurs. Le débit de données de la gamme LPWAN de 0.4 Kbit/s vers 40 Kbit/s par fréquence.
Outre les LPWAN utilisés pour créer un réseau de capteurs sans fil privé, ils peuvent également être utilisés comme une infrastructure tierce qui permet aux utilisateurs de capteurs de les mettre en place sur le terrain sans nécessairement mettre en place la technologie de passerelle LPWAN.
Chez MOKOLoRa, nous sommes agnostiques de la technologie. Nous examinerons votre projet LPWAN vs LoRaWAN IoT de manière holistique et recommanderons la technologie la plus appropriée pour votre application exacte.
Technologies et plateformes LPWAN
Certaines des normes et des vendeurs concurrents pour les technologies LPWAN sont:
• DASH7 – est une norme de firmware bidirectionnelle avec une faible latence qui fonctionne sur plusieurs technologies radio LPWAN telles que LoRa.
• Chirp spread spectrum (CSS)
• Sigfox – It is based on the Technologie 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.
Bande ultra-étroite
La bande ultra-étroite (UNB) est une technologie de modulation utilisée pour les technologies LPWAN par différentes sociétés telles que;
• Sigfox – It is based on UNB technology.
• Weightless – It is a Weightless SIG set of communication standards.
• NB-Fi Protocol – WAVIoT Company developed it.
Autres
• DASH7 – It is a mode to development framework that uses wireless networks with low power. Cette plate-forme fonctionne sur plusieurs normes radio sans fil telles que LoRa, LTE, 802.15.4g, et beaucoup plus.
• 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. Il est basé sur les variantes de la technologie CDMA pour les téléphones portables, bien qu'il applique le spectre 2,4 GHz sans licence.
• Byron – It is from the Taggle Systems in Australia.
• Wi-SUN – This platform is based on IEEE 802.15.4g.
Caractéristiques principales du LPWAN
1. Long-range – In rural areas, les technologies LPWAN fonctionnent activement dans un rayon de plus de dix kilomètres et moins d'un kilomètre en milieu urbain. Il permet la communication opérationnelle des données dans des environnements intérieurs et souterrains autrefois infaisables.
2. Low power – LPWAN is optimized to consume low power. Ses émetteurs-récepteurs utilisent de petits, piles bon marché qui peuvent durer jusqu'à 20 ans.
3. Faible coût: Comme LPWAN a une faible plage de fonctionnement, il minimise les exigences d'infrastructure lorsqu'il est combiné avec une topologie en étoile. Il réduit les coûts du réseau puisqu'il est également sans licence, ou les bandes sous licence réduisent le coût des réseaux.
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 Bande ISM. Cette bande a des propriétés de propagation améliorées et une meilleure couverture dans les zones restreintes, permettant la pénétration à travers les bâtiments et les murs.
Éléments à prendre en compte lors de l'achat de LPWAN
Chaque application LPWAN IoT a des besoins précis. Tenez toujours compte des facteurs suivants pour certifier que vous choisissez les technologies LPWAN appropriées pour votre projet IoT.
une) Service quality – The key guarantee to an exceptional QoS and industrial-grade reliability is the high data reception rate. Ceci est réalisé par l'immunité aux interférences pour les technologies LPWAN qui fonctionnent sur un spectre sans licence.
b) Scalability – It is essential to have an extensive network capacity to expand future networks and an incredible number of end devices. Un pointeur principal à noter est le nombre d'appareils et de messages quotidiens qu'une station de base particulière peut contrôler.
c) Battery life – Consumption of low-power considerably minimizes the total ownership cost, et il aide également à atteindre des objectifs commerciaux durables dans les réseaux de capteurs à distance.
ré) Mobility – It is essential to have end nodes that transmit data at high speeds, permettant des applications IoT majeures telles que la télématique de flotte et la sécurité des travailleurs.
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, tandis que les systèmes LPWA publics soulèvent régulièrement des problèmes de confidentialité des données.
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.
Importance de la normalisation
L'un des principaux piliers d'un réseau LPWAN et IoT robuste est la normalisation. Il donne un cadre technique exigeant mais clair certifié par des organisations de développement de normes telles que 3GPP, CHERCHER, IETF, IEEE, et beaucoup plus. Une technologie standardisée offre différents avantages comme une qualité et une fiabilité améliorées, interopérabilité de longue date, élasticité de l'invention, et évolutivité universelle.
Le domaine LPWAN dispose de deux technologies qui se développent dans les efforts de normalisation.
• 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 3CELA N'A PAS D'IMPORTANCE normes.
D'autres alliances industrielles qui soutiennent la croissance standard ont été établies autour des solutions propriétaires LPWAN. néanmoins, ces luttes ne sanctionnent pas la pérennité de la technologie et ne peuvent pas couvrir l'ensemble de la pile réseau comme dans le Alliance LoRa.
Comparaison entre les LPWAN sous licence et sans licence
Les LPWAN sous licence appliquent un spectre radio sous licence et fonctionne sur des réseaux sans restriction. Il prend en charge les normes 3GPP et GSM. Ces normes améliorent la façon dont les appareils LPWAN se déplacent d'un réseau à l'autre, car elles facilitent la mobilité du réseau. en outre, l'utilisation d'un LPWAN sous licence donne à l'appareil connecté un plus grand niveau d'exception pour se connecter. Cela améliore sa fiabilité et sa sécurité. Certains types de LPWAN sous licence sont IoT à bande étroite (NB-IoT) et LTE-M.
D'autre part, les LPWAN sans licence appliquent un spectre radio sans licence. Il est utilisable par tous sans exclusivité. Unlicensed LPWAN isn’t built to handle continuous movements at high speeds. Au lieu, il convient aux applications comme dans les zones où un réseau LPWA sans licence est requis pour le lecteur unique des périphériques de liaison dans cette région et les endroits où un système LPWA public n'est pas disponible. Un exemple de LPWAN sans licence est LoRaWAN.
LPWAN contre LoRaWAN: Quelle est la technologie leader sur le marché actuel?
Actuellement, le marché du LPWAN est encore dans sa phase initiale. Il se caractérise par un haut degré de piste du réseau et une désintégration de la technologie qui est encore éloignée de la technologie mondiale. néanmoins, les analystes du marché suggèrent que cela fusionne rapidement autour de certaines technologies importantes. Dans 2017, les Technologie LoRa était le leader mondial du marché dans le déploiement de réseaux publics et privés.
pourtant, LoRa devrait être la technologie à la croissance la plus rapide d'ici la fin de 2022. Les analystes du marché s'attendent à ce que LoRa dépasse le NB-IoT sur le nombre d'appareils connectés; Par conséquent, il deviendra probablement les principales technologies LPWAN. D'autre part, LoRa restera le premier fournisseur d'un réseau privé. Les deux LoRa et NB-IoT représenter autour 70 % des réseaux publics et privés sur le marché actuel. en outre, LoRa devrait améliorer sa part de marché à environ 85% à la fin de 2027.
Limites des LPWAN
Bien que les technologies LPWAN présentent des avantages significatifs avec leur application, il a aussi quelques limites. Ces limites comprennent;
une) LPWAN transmits much less data than other technologies – The data rates of LPWAN technologies mostly range from 100bps to 10s of Kbps. Ces faibles débits rendent la technologie inappropriée pour des applications moyennement puissantes. Les appareils qui transfèrent en continu de grandes quantités de données entre les capteurs avec de faibles latences nécessitent des réseaux de plus grande capacité pour fonctionner pleinement.
b) Interference and errors – As most LPWAN protocols are conveyed over unlicensed LPWAN frequency bands, ils risquent de subir des erreurs et des interférences lors de l'échange de données. Par exemple, un environnement de vente au détail subit parfois des interférences lorsqu'il a des lecteurs RFID coexistant dans ses paramètres.
c) Underdeveloped coverage – LPWAN coverage is comparatively underdeveloped compared to the other technologies. La plupart des opérateurs cellulaires ont développé des réseaux étendus qui prennent facilement en charge l'Internet des objets. Pour prendre pleinement en charge les applications LPWAN IoT, les fournisseurs de services cellulaires ont un obstacle initial complexe qu'ils doivent surmonter. en outre, les opérateurs cellulaires ont des principes directeurs stricts en matière d'infrastructure, qui sont relativement chers, while LPWAN operators aren’t subject to synchronized tower properties.
Histoire des technologies LPWAN
L'introduction du LPWAN sur le marché remonte à la fin des années 1980. C'était après la construction d'un réseau low data par ADEMCO, utilisé pour surveiller les panneaux d'alarme. La société Motorola a également présenté ARDIS (un vaste réseau à faible vitesse) utilisé dans les processus de suivi des transactions et d'automatisation des ventes au cours de la même période. Bien que ces innovations soient différentes des LPWAN actuels, ils servent toujours de prédécesseurs à la technologie émergente.
Avec l'introduction de la 2G dans les années 1990, la plupart des opérateurs de téléphonie mobile pourraient transmettre des données avec la voix sur de longues distances. en outre, la demande pour Internet a augmenté rapidement au fil du temps, poussant les entreprises à adopter des capacités de connectivité dans leurs appareils. Cette tendance a conduit à l'émergence de low-cost, solutions de communication sans fil à faible consommation comme les LPWAN.
Récemment, Les LPWAN se sont imposés comme une solution. Sigfox a été la première technologie LPWAN à être introduite sur le marché par une société française en 2009. La technologie a pu intégrer des applications en temps réel plus efficacement que les technologies radio antérieures. Aujourd'hui, le LPWAN de LoRa est breveté et largement utilisé dans plus de 57 pays dans le monde.
Plus tard après 3 ans, Semtech a introduit le protocole LPWAN LoRa qui fonctionne dans plusieurs bandes sans licence en fonction de son emplacement. Au lieu de développeurs utilisant l'infrastructure déjà existante, ils peuvent utiliser LoRa pour configurer leurs réseaux étendus. Cela a conduit à l'émergence de certains fournisseurs publics LoRaWAN tels que The Things Network, Facture, et machineQ.
Actuellement, diverses entreprises installent des LPWAN pour plusieurs applications, où la plupart d'entre eux participent activement à la LoRa Alliance. L'Alliance LoRa a été créée en mars 2015 promouvoir le triomphe des protocoles LPWAN. C'est une association caritative avec plus de 500 membres de l'organisation.
Existe-t-il des technologies LPWAN basées sur les réseaux maillés ??
Brièvement, les réseaux maillés ne peuvent pas être classés comme des réseaux LPWAN. Les réseaux maillés sont conçus avec des nœuds Web interconnectés où chacun d'eux étend indépendamment les signaux radio. Les réseaux maillés ont trois composants qui fonctionnent conjointement pour transmettre des données d'un capteur sans fil à l'autre. Ces composants de réseau maillé sont; passerelles, points de terminaison, et répétiteurs. néanmoins, la technologie de maillage est incompétente en énergie et convient mieux à une utilisation dans des appareils qui envoient des données sur des distances moyennes.
La relation entre LPWAN et IoT
Les LPWAN sont sur le point de devenir plus critiques alors que l'espace Internet des objets est susceptible d'exploser. Plusieurs appareils LPWAN dans divers secteurs et espaces travaillent conjointement pour informatiser leurs fonctionnalités, minimiser les coûts d'exploitation, et atteindre des sommets de productivité plus élevés.
Il existe un besoin de réseaux sans fil capables de transférer rapidement des données sur de longues distances tout en consommant moins d'énergie.. en outre, les entreprises qui mettent en place des appareils IoT ont besoin de solutions rentables qui relient efficacement plusieurs capteurs à Internet simultanément. Ou sinon, most exciting IoT applications won’t be realistic.
Impact de la 5G sur les LPWAN
La prochaine révolution dans les communications du mobile cellulaire sans fil est la 5G. Les technologies promettent des débits de données exceptionnels à des coûts et des latences minimisés. Ainsi, en raison des capacités de performance 5G, la technologie ouvrira une innovation technologique incroyable.
en outre, la technologie 5G est destinée à améliorer considérablement la connectivité de l'IoT et à améliorer le nombre de capteurs sans fil pouvant être connectés simultanément à Internet et les uns aux autres. L'importance des technologies LPWAN est susceptible de croître avec la propagation de la couverture 5G.
Applications LPWAN
Vous trouverez ci-dessous les différents cas d'utilisation d'applications des technologies LPWAN.
Comptage électrique
LPWANS peut être appliqué dans le comptage électrique. Les entreprises du marché des compteurs électriques ont généralement besoin de communications régulières, débits de données élevés, et des latences plus faibles. Essentiellement, ces compteurs électriques LPWAN ne nécessitent pas de batteries longue durée ni de taux de consommation d'énergie inférieurs car ils disposent d'une source d'alimentation ininterrompue. Pour que les entreprises de compteurs électriques prennent des décisions instantanées telles que les interruptions, charges, et pannes, ils nécessitent une grille en temps réel à des fins de surveillance.
Agriculture intelligente
Les LPWAN sont également utilisés dans l'agriculture. Ici, les technologies LPWAN doivent avoir des capteurs avec une longue durée de vie de la batterie. Ces dispositifs capteurs améliorent considérablement les rendements et minimisent les taux de consommation d'eau. Les appareils mettent également régulièrement à jour les données qu'ils détectent chaque fois qu'ils subissent un changement dans les conditions environnementales.
Automatisation de la fabrication
Dans l'automatisation de la fabrication, Les LPWAN surveillent les machines en temps réel, améliorant ainsi l'efficacité en permettant le contrôle à distance et améliore considérablement la chaîne de production industrielle. Plusieurs types de besoins de communication et de capteurs existent dans l'automatisation d'usine. LoRa est une solution parfaite pour les applications qui nécessitent des batteries longue durée et des capteurs à faible coût pour la surveillance et le suivi des actifs.
Bâtiment intelligent
Capteurs LPWAN IoT dans les bâtiments intelligents pour la sécurité, Température, humidité, prises électriques, et le débit d'eau sont déployés pour alerter les gestionnaires immobiliers. Ces capteurs aident également à prévenir les dommages et à réagir rapidement aux demandes sans nécessairement avoir un moniteur de bâtiment manuel. Ces capteurs nécessitent des appareils LPWAN Technologies bon marché avec des batteries longue durée.
Points de vente au détail stations
Les LPWAN sont utilisés dans les systèmes de points de vente qui nécessitent des services de qualité garantie. Ces systèmes gèrent les communications régulières; par conséquent, ils sont construits avec une source continue d'énergie électrique. Ils nécessitent fortement une faible latence dynamique qui ne limite pas le nombre de transactions effectuées.
Suivi des palettes logistiques
Présentement, Les LPWAN sont appliqués dans le suivi des palettes logistiques pour déterminer l'emplacement et les conditions des produits. Chaque entreprise de logistique doit disposer de son système LPWAN Technologies pour garantir une couverture garantie dans ses installations.. L'application du suivi des palettes logistiques est un parfait exemple de solution de déploiement hybride. Il nécessite des appareils bon marché avec des batteries longue durée et peut être facilement déployé sur tous les véhicules.
Sécurité des technologies LPWAN
Toutes les infrastructures LPWAN IoT sont confrontées à plusieurs défis liés à la sécurité. L'IoT élargit la plate-forme d'attaque en raison de son temps de transmission relativement long et de ses longues plages de connectivité. Chaque technologie sécurise sa communication avec ses mesures de sécurité car elles sont toutes à risque de vulnérabilité potentielle.
Le LoRA gère sa sécurité en utilisant la méthode de cryptage AES-128. Cette technique offre plusieurs couches de cryptage dans LoRaWAN. LoRa utilise des clés d'application et un réseau pour sécuriser ses paquets sur le réseau en toute sécurité. Les clés de session réseau et application sont créées à l'aide de la 128 bit clé d'application AES (Clé d'application).
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. en outre, la clé de session réseau peut être utilisée pour développer des signatures uniques pour chaque appareil. La clé de session d'application effectue le cryptage et le décryptage des données. Une opération XOR crypte chaque message. en outre, il génère la charge utile chiffrée à l'aide d'un flux de clés créé par le réseau et les clés de session d'application, ainsi que le compteur de messages de liaison montante et descendante.
Lora donne la même longueur de message avant et après cryptage, et il offre une chance à l'entité malveillante de reconstruire le courant dominant à partir des messages cryptés. Même avec le mécanisme de sécurité prévu pour les appareils LoRa, ces appareils sont toujours vulnérables au brouillage, trou de ver, et rejouer les attaques.
L'avenir des technologies LPWAN
Bien que les LPWAN offrent des avantages et des possibilités critiques, ils ont encore plusieurs défis graves et facteurs de risque qui leur sont associés. LTE-M et NB-IoT, qui sont tous deux des normes cellulaires mises en place par plusieurs industries historiques telles que Nokia et Qualcomm, sont l'un des principaux risques pour les LPWAN. Ces réseaux peuvent être facilement mis à niveau et déployés dans un logiciel de réseau cellulaire par les principaux opérateurs tels que Verizon et AT&T en appuyant simplement sur un interrupteur. Cela permet aux entreprises de téléphonie mobile de desservir efficacement leurs applications à bande étroite en recadrant les fréquences GSM vocales sans nécessairement nécessiter de matériel supplémentaire..
What’s better is that these cellular companies can still articulate this using the same achievable price point when they wish to do so. Les entreprises de téléphonie mobile sont les plus susceptibles de commercialiser le LTE-M auprès de grandes entreprises qui utilisent de grandes quantités de données mobiles et de services vocaux. Alors que les fournisseurs de téléphonie mobile collectent d'énormes sommes d'argent dans les contrats de téléphonie mobile, ils doivent encore fournir des services de données bas de gamme bon marché. Cela peut leur permettre d'en voler certains au cas où ils mettraient cela en œuvre comme stratégie. De préférence, les fournisseurs de cellules devraient essayer d'offrir plus de valeur que le seul transport de données. Si les membres LoRa Alliance développent des applications ciblées, Les opportunités LTE-M ne peuvent jamais les déplacer.
Comment déterminer les bonnes technologies LPWAN
Il est essentiel de prendre en compte plusieurs facteurs lors de la sélection des bonnes technologies LPWAN pour votre projet IoT. Ces trois préoccupations principales que vous devez considérer sont;
Consommation d'énergie
Il est essentiel de considérer le nombre de jours pendant lesquels vos capteurs seront sur le terrain lorsqu'ils seront alimentés par batterie.. Aussi, considérer si les appareils seront utilisés à l'extérieur, même les jours d'hiver, et à quelle fréquence vos capteurs seront nécessaires pour transmettre des données.
Connectivité
Gardez à l'esprit la portée couverte par les communications, la quantité de données nécessaires pour envoyer chaque message, et la localisation géographique des appareils. en outre, déterminez si vous préférez externaliser le service et l'infrastructure de votre réseau ou si vous contrôlerez personnellement votre réseau et les données qui y circulent.
Mobile ou fixe
Déterminez si vos appareils seront statiques là où la distance de la passerelle LPWAN est constante ou si vos appareils seront mobiles avec leur infrastructure couvrant tous les emplacements possibles.
Tous les réseaux LPWAN ont des forces et des faiblesses différentes sur le coût, Puissance, et la puissance. MOKOLoRa a Solutions LoRaWAN pour la surveillance de localisation,surveillance de la température et de l'humidité parfaite pour une utilisation dans des zones plus vastes telles que les fermes, campus, ou des villes nécessitant des transmissions de données de petit volume.
