LPWAN (低電力広域ネットワーク) テクノロジーは、ワイヤレス通信を使用して、ワイドエリアネットワークを介してデータを送信します. このテクノロジーは、低ビットレートでの長距離通信の送信を可能にするように特別に設計されています. これらの2つの機能は、LPWANテクノロジーを、ユーザーに接続するときに、より多くの電力を使用し、より多くのデータを伝送する他のワイヤレスWANと区別します。. LPWANのデータレートの範囲は 0.4 キロビット/秒から 40 周波数あたりのキロビット/秒.
プライベートワイヤレスセンサーネットワークの作成に使用されているLPWANに加えて, また、センサーユーザーがLPWANゲートウェイテクノロジーを必ずしも導入しなくても、フィールドでセットアップできるサードパーティのインフラストラクチャとして使用することもできます。.
MOKOLoRaで, 私たちはテクノロジーにとらわれません. LPWANとLoRaWANIoTプロジェクトを総合的に検討し、正確なアプリケーションに最適なテクノロジーを推奨します.
LPWANテクノロジーの競合する標準と売り手のいくつかは次のとおりです。:
• 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 UNBテクノロジー
• 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.
超狭帯域
超狭帯域 (UNB) は、次のようなさまざまな企業がLPWANテクノロジーに使用する変調テクノロジーです。;
• Sigfox – It is based on UNB technology.
• Weightless – It is a Weightless SIG set of communication standards.
• NB-Fi Protocol – WAVIoT Company developed it.
その他
• DASH7 – It is a mode to development framework that uses wireless networks with low power. このプラットフォームは、LoRaなどの複数の無線無線規格で動作します, LTE, 802.15.4NS, などなど.
• 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. これは、携帯電話用のCDMAテクノロジーのバリエーションに基づいています, ライセンスのない2.4GHzスペクトルを適用しますが.
• 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, LPWANテクノロジーは、都市環境では半径10km以上1km未満で積極的に機能します。. これにより、以前は実行不可能だった内部および地下環境でのデータの運用通信が可能になります.
2. Low power – LPWAN is optimized to consume low power. そのトランシーバーは小さいを使用します, 最長で持ちこたえる安価なバッテリー 20 年.
3. 低価格: LPWANの動作範囲が狭いため, スタートポロジと組み合わせると、インフラストラクチャ要件が最小限に抑えられます. ライセンスフリーであるため、ネットワークのコストを削減します, またはライセンスされたバンドはネットワークのコストを削減します.
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バンド. このバンドは、伝播特性が強化され、狭い領域でのカバレッジが向上しています。, 建物や壁を貫通できるようにする.
各LPWANIoTアプリケーションには明確な必需品があります. IoTプロジェクトに適切なLPWANテクノロジーを選択したことを証明するために、常に次の要素を考慮してください.
NS) Service quality – The key guarantee to an exceptional QoS and industrial-grade reliability is the high data reception rate. これは、ライセンスフリーのスペクトルで動作するLPWANテクノロジーの干渉耐性によって実現されます。.
NS) Scalability – It is essential to have an extensive network capacity to expand future networks and an incredible number of end devices. 注意すべき主なポイントの1つは、特定の基地局が制御できるデバイスと1日のメッセージの数です。.
NS) Battery life – Consumption of low-power considerably minimizes the total ownership cost, また、リモートセンサーネットワークで持続可能なビジネス目標を達成するのにも役立ちます.
NS) Mobility – It is essential to have end nodes that transmit data at high speeds, フリートテレマティクスや労働者の安全などの主要なIoTアプリケーションを可能にします.
e) Security – Ensure that your LPWAN technologies has multi-layer encryption with robust authentication and identification systems that safely integrate and transmit data.
NS) Public vs private network – Private LPWA systems are more flexible network coverage and design, パブリックLPWAシステムは定期的にデータプライバシーの懸念を提起します.
NS) 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.
堅牢なLPWANおよびIoTネットワークの主要な柱の1つは、標準化です。. これは、3GPPなどの標準開発組織によって認定された要求が厳しいが明確な技術フレームワークを提供します, 探す, IETF, IEEE, などなど. 標準化されたテクノロジーは、品質と信頼性の向上など、さまざまなメリットを提供します, 長年の相互運用性, 発明の弾力性, ユニバーサルスケーラビリティ.
LPWANレルムには、標準化の取り組みで成功する2つのテクノロジーがあります。.
• 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 3それはどうでもいい事です 規格.
標準的な成長をサポートする他の産業提携は、独自のLPWANソリューションを中心に確立されています. それにもかかわらず, これらの闘争は、テクノロジーの持続可能性を承認するものではなく、ネットワーク スタック全体をカバーすることはできません。 ローラ・アライアンス.
ライセンスされたLPWANは、ライセンスされ、無制限のネットワークで機能する無線スペクトルを適用します. 3GPPとGSMの両方の規格をサポートしています. これらの標準は、ネットワークモビリティを促進するため、LPWANデバイスが1つのネットワークから別のネットワークにローミングする方法を改善します。. さらに, ライセンスされたLPWANを使用すると、接続されたデバイスに接続するためのより高いレベルの例外が与えられます. これにより、信頼性とセキュリティが向上します. ライセンスされたLPWANのいくつかのタイプは狭帯域IoTです (NB-IoT) およびLTE-M.
一方で, ライセンスのないLPWANは、ライセンスのない無線スペクトルを適用します. 誰でも独占せずに使える. Unlicensed LPWAN isn’t built to handle continuous movements at high speeds. その代わり, その地域のリンクデバイスの単一ドライブにライセンスのないLPWAネットワークが必要な地域や、パブリックLPWAシステムが利用できない場所などのアプリケーションに適しています。. ライセンスのないLPWANの例はLoRaWANです.
現在, LPWANの市場はまだ初期段階にあります. それは、高度なネットワークトレイルと、グローバルテクノロジーからまだ離れているテクノロジーの崩壊を特徴としています。. それにもかかわらず, 市場アナリストは、これがいくつかの重要な技術を迅速に統合していると提案しています. の 2017, NS LoRa テクノロジー パブリック ネットワークとプライベート ネットワークの両方を展開するグローバル マーケット リーダーでした.
でも, LoRaは、 2022. 市場アナリストは、接続されたデバイスの数でLoRaがNB-IoTを追い抜くと予想しています; したがって、, それはおそらく主要なLPWANテクノロジーになるでしょう. 一方で, LoRaは引き続きプライベートネットワークの主要プロバイダーです. 両方 LoRa と NB-IoT 周りを代表する 70 % 現在の市場におけるパブリックおよびプライベートネットワークの. さらに, LoRaは、市場シェアを約に向上させることが期待されています 85% の終わりまでに 2027.
LPWANテクノロジーには、そのアプリケーションに大きなメリットがありますが, また、いくつかの制限があります. これらの制限には次のものが含まれます;
NS) LPWAN transmits much less data than other technologies – The data rates of LPWAN technologies mostly range from 100bps to 10s of Kbps. これらの低レートにより、テクノロジーは適度に強力なアプリケーションには不適切になります. 低遅延でセンサー間で大量のデータを継続的に転送するデバイスが完全に機能するには、より大容量のネットワークが必要です.
NS) Interference and errors – As most LPWAN protocols are conveyed over unlicensed LPWAN frequency bands, データ交換時にエラーや干渉が発生するリスクがあります. 例えば, 小売環境では、RFIDリーダーが設定に共存していると、干渉が発生することがあります。.
NS) Underdeveloped coverage – LPWAN coverage is comparatively underdeveloped compared to the other technologies. ほとんどの携帯電話事業者は、モノのインターネットを容易にサポートする広範なネットワークを開発しています. LPWANIoTアプリケーションを完全にサポートするには, セルラープロバイダーには、克服する必要のある複雑な先行障害があります. さらに, 携帯電話事業者は、厳格なインフラストラクチャガイドの原則を持っています, 比較的高価です, while LPWAN operators aren’t subject to synchronized tower properties.
LPWANの市場への導入は、1980年代後半にさかのぼることができます。. これは、ADEMCOによる低データネットワークの構築後のことです。, アラームパネルの監視に使用. MotorolaCompanyもARDISを導入しました (低速の広大なエリアネットワーク) 同じ期間のトランザクション追跡および販売自動化プロセスで使用されます. これらのイノベーションは現在のLPWANとは異なりますが, 彼らはまだ新興技術の前身として機能します.
1990年代に2Gが導入されたことで, ほとんどの携帯電話会社は、長距離にわたって音声と一緒にデータを送信できます. さらに, インターネットの需要は時間とともに急速に増加しました, 企業にデバイスに接続機能を採用するように促す. この傾向は、低コストの出現につながりました, LPWANのような低電力無線通信ソリューション.
最近, LPWANは1つの解決策として進んできました. Sigfoxは、フランスの企業によって市場に導入された最初のLPWANテクノロジーでした。 2009. このテクノロジーは、過去の無線テクノロジーよりも効率的にリアルタイムアプリケーションを組み込むことができました。. 今日, LoRaのLPWANは特許を取得しており、 57 世界の国々.
後で 3 年, Semtechは、場所に応じていくつかのライセンスのない帯域で動作するLPWANLoRaプロトコルを導入しました. 開発者が既存のインフラストラクチャを使用する代わりに, LoRaを使用して広域ネットワークをセットアップできます. これにより、The ThingsNetworkなどの一部のパブリックLoRaWANプロバイダーが登場しました。, 明細書, およびmachineQ.
現在, さまざまな企業がいくつかのアプリケーションにLPWANをインストールしています, それらのほとんどがLoRaアライアンスに積極的に参加しています. LoRaアライアンスは3月に設立されました 2015 LPWANプロトコルの勝利を促進する. 以上との慈善団体です 500 組織のメンバー.
メッシュネットワークベースのLPWANテクノロジーは存在しますか?
簡単に, メッシュネットワークはLPWANネットワークとして分類できません. メッシュネットワークは、相互接続されたWebノードで設計されており、各ノードは独立して無線信号を拡張します。. メッシュネットワークには、1つのワイヤレスセンサーから別のワイヤレスセンサーにデータを送信するために連携して機能する3つのコンポーネントがあります. これらのメッシュネットワークコンポーネントは; ゲートウェイ, エンドポイント, とリピーター. それにもかかわらず, メッシュテクノロジーはエネルギー能力がなく、中距離でデータを送信するデバイスでの使用に適しています.
LPWANSとIoTの関係
モノのインターネットの分野が活況を呈する可能性があるため、LPWANはより重要になるように設定されています. さまざまな業界やスペースの複数のLPWANデバイスが連携して、機能をコンピューター化します, 運用コストを最小限に抑える, 生産性の高さを上げるために急上昇します.
より少ない電力で長距離のデータを迅速に転送できるワイヤレスネットワークが必要です。. さらに, IoTデバイスをセットアップする企業は、複数のセンサーを同時にインターネットに効果的にリンクする費用効果の高いソリューションを必要としています. またはそうでなければ, most exciting IoT applications won’t be realistic.
LPWANに対する5Gの影響
ワイヤレスセルラーモバイルの通信における次の革命は5Gです. このテクノロジーは、コストと遅延を最小限に抑えながら、卓越したデータレートを約束します. したがって, 5Gパフォーマンス機能による, 技術は信じられないほどの技術革新を開きます.
さらに, 5Gテクノロジーは、IoTの接続性を大幅に強化し、インターネットと相互に同時にリンクできるワイヤレスセンサーの数を改善するように設定されています. LPWANテクノロジーの重要性は、5Gカバレッジの普及とともに高まる可能性があります。.
LPWANアプリケーション
以下は、LPWANテクノロジーのさまざまなアプリケーションのユースケースです。.
電気メータリング
LPWANSは電気メータリングに適用できます. 電気メータリング市場の企業は通常、定期的な通信が必要です, 高いデータレート, レイテンシーが低くなります. 本質的に, これらのLPWAN電気メーターは、電源が途切れないため、長持ちするバッテリーや低いエネルギー消費率を必要としません。. 電気メーター会社が中断などの即時決定を行うため, 負荷, および停止, 監視目的でリアルタイムグリッドが必要です.
スマートファーミング
LPWANは農業でも使用されています. ここに, LPWANテクノロジーには、バッテリー寿命の長いセンサーデバイスが必要です. これらのセンサーデバイスは、収量を大幅に改善し、水の消費率を最小限に抑えます. また、デバイスは、環境条件の変化を経験するたびに、感知したデータを定期的に更新します.
製造の自動化
製造オートメーションにおいて, LPWANはリアルタイムの機械を監視します, したがって、リモートコントロールを可能にすることで効率を改善し、工業生産ラインを大幅に改善します. ファクトリーオートメーションには、いくつかのタイプの通信とセンサーの必需品が存在します. LoRaは、監視と資産追跡のために長持ちするバッテリーと低コストのセンサーを必要とするアプリケーションに最適なソリューションです。.
スマートビルディング
セキュリティのためのスマートビルのLPWANIoTセンサー, 温度, 湿度, 電気プラグ, と水の流れは、プロパティマネージャーに警告するために展開されます. これらのセンサーは、損傷を防ぎ、手動の建物モニターを必要とせずに要求に迅速に対応するのにも役立ちます. これらのセンサーには、長持ちするバッテリーを備えた安価なLPWANTechnologiesデバイスが必要です.
小売POSステーション
LPWANは、保証された品質のサービスを必要とするセールスポイントシステムで使用されます. これらのシステムは定期的な通信を処理します; したがって、それらは継続的な電源で構築されています. それらは、行われるトランザクションの数を制限しない、活気に満ちた低レイテンシーを強く必要とします.
ロジスティクスパレット追跡
現在, LPWANは、製品の場所と状態を判断するために、ロジスティクスパレットの追跡に適用されます。. すべてのロジスティクス企業は、施設内のカバレッジを保証するために、LPWANテクノロジーシステムを備えている必要があります。. ロジスティクスパレット追跡のアプリケーションは、ハイブリッド展開ソリューションの完璧な例です。. バッテリーが長持ちする安価なデバイスが必要で、すべての車両に簡単に導入できます.
すべてのLPWANIoTインフラストラクチャには、セキュリティ関連のいくつかの課題があります. IoTは、送信時間が比較的長く、接続範囲が長いため、攻撃プラットフォームを拡大します. 各テクノロジーはすべて潜在的な脆弱性のリスクがあるため、セキュリティ対策との通信を保護します.
LoRAは、AES-128暗号化方式を使用してセキュリティを処理します. この手法は、LoRaWANで複数の暗号化レイヤーを提供します. LoRaは、アプリケーションキーとネットワークを使用して、パケットをネットワークに安全に保護します. ネットワークおよびアプリケーションセッションキーは、 128 ビットAESアプリケーションキー (アプリキー).
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. さらに, ネットワークセッションキーを使用して、すべてのデバイスに固有の署名を作成できます. アプリケーションセッションキーは、データの暗号化と復号化を行います. XOR演算は各メッセージを暗号化します. 加えて, ネットワークとアプリケーションセッションキーによって作成されたキーストリームを使用して、暗号化されたペイロードを生成します, アップリンクおよびダウンリンクメッセージカウンターとともに.
Loraは、暗号化の前後で同じメッセージ長を提供します, 悪意のあるエンティティに、暗号化されたメッセージから主流を再構築する機会を提供します. LoRaデバイス用に設定されたセキュリティメカニズムを使用しても, これらのデバイスは依然として妨害に対して脆弱です, ワームホール, 攻撃を再生します.
LPWANには重大な利点と可能性がありますが, 彼らはまだいくつかの深刻な課題とそれらに関連するリスク要因を持っています. LTE-MとNB-IoT, どちらも、NokiaやQualcommなどのいくつかの既存の業界によって導入されたセルラー標準です。, LPWANの主なリスクの1つです. これらのネットワークは、VerizonやATなどの主要な事業者が、ネットワークセルラーソフトウェアに簡単にアップグレードして展開できます。&スイッチを押すだけのT. これにより、携帯電話会社は、必ずしも追加のハードウェアを必要とせずに、音声GSM周波数を再構成することにより、狭帯域アプリケーションに効率的にサービスを提供できます。.
What’s better is that these cellular companies can still articulate this using the same achievable price point when they wish to do so. 携帯電話会社は、大量のモバイルデータと音声サービスを使用する大企業にLTE-Mを販売する可能性が最も高いです。. セルプロバイダーが携帯電話の契約で莫大な金額を集めるにつれて, 彼らはまだ安価なローエンドのデータサービスを提供する必要があります. これにより、戦略としてこれを実装した場合に、一部を盗む機会が得られます。. 好ましい, 携帯電話プロバイダーは、データ転送だけでなく、より多くの価値を提供するように努めるべきです。. LoRaAllianceメンバーがターゲットアプリケーションを開発する場合, LTE-Mの機会は決してそれらを動かすことはできません.
IoTプロジェクトに適切なLPWANテクノロジーを選択する際には、いくつかの要因を考慮することが不可欠です。. あなたが考慮しなければならないこれらの3つの主要な懸念は;
電力の消費
バッテリー電源を使用している間、センサーが現場にある日数を考慮することが重要です。. また, デバイスを屋外で使用するかどうかを検討する, 冬の日でも, データを送信するためにセンサーが必要になる頻度.
接続性
通信の対象範囲に注意してください, 各メッセージの送信に必要なデータの量, およびデバイスの地理的位置. さらに, ネットワークのサービスとインフラストラクチャをアウトソーシングすることを好むのか、それともネットワークとその上で実行されるデータを個人的に制御するのかを検討してください。.
モバイルまたは固定
LPWANゲートウェイの距離が一定の場所でデバイスが静的になるのか、それともインフラストラクチャがすべての可能な場所をカバーするようにデバイスが移動可能になるのかを検討してください。.
すべてのLPWANネットワークには、コストに関してさまざまな長所と短所があります, パワー, と力. MOKOLoRaは LoRaWAN ソリューション 位置監視用,農場などのより広いエリアでの使用に最適な温度と湿度の監視, キャンパス, または少量のデータ送信が必要な都市.
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