In dit artikel, we zullen enkele van de low power wide area-opties bekijken die het meest worden gebruikt, focus op cellulaire technologieën (Smalband IoT en LT-M), evenals die WPAN die niet-gelicentieerde bandbreedte gebruiken, LoRa/LoRaWAN, en Sigfox. We’ll also figure out the differentiation between the technologies of LPWAN and WPAN. Omroeptechnologie die hogere frequenties gebruikt, kan meer gegevens en snellere bitsnelheden verzenden dan laagfrequente radio. Hogere frequenties zullen meer vermogen vergen, terwijl het reisbereik niet zo ver is als lagere frequenties. in gebouwen, bebouwde kom, of gebieden met andere storingsbronnen, het bereik is nog kleiner. Elke frequentie in een flat, open gebied zal een groter bereik hebben dan in een bebouwde kom vanwege minder interferentie. Na het leren van deze basisprincipes, we’ll also direct you on choosing the right technology for your application, rekening houdend met het beschikbare vermogen, het databedrag dat u moet overboeken, en het bereik dat u wilt bereiken.
Op RF gebaseerd Internet of Things-netwerk
Er zijn veel op RF gebaseerde communicatieoplossingen voor IoT-apparaten in het netwerk. Ter wille van de discussie, we verdelen ze in twee categorieën:
- Korteafstandstechnologie, of WPAN-technologieën zoals Bluetooth, Wifi, Z-golf, en Zigbee, korte afstanden hebben, die met hoge of lage bitsnelheden zijn en het potentieel hebben om meer of minder stroom te verbruiken.
- Langeafstand, of low power wide area-technologie, heeft een laag stroomverbruik, lange afstand, en lage bitsnelheid.
Draadloos persoonlijk gebiedsnetwerk (WPAN)
WPAN-technologie is beperkt in omvang, maar kan worden uitgebreid met mesh-topologie. Mesh-topologie is een netwerkimplementatie waarbij elk apparaat herhaaldelijk signalen verzendt naar andere apparaten in de buurt. Zoals de inhoud hieronder:, you’ll find that the main use cases for WPAN are those who don’t care much on range.
Wifi
Wi-Fi kan werken op 2,4 GHz of 5 GHz. Omdat deze frequenties hoger zijn, WIFI-gegevenssnelheden zijn ook hoger. Elk apparaat heeft een 1:1 relatie met de netwerkrouter. Zoals we eerder hebben gezien, het communicatiebereik zal erg kort zijn vanwege de hoge frequentie van RF-golven. Traditionele wifi-apparaten hebben hogere stroomvereisten, wat betekent dat de meeste beschikbare apparaten op het elektriciteitsnet moeten worden aangesloten. Wifi 6 parameter is bedoeld om het stroomverbruik van Wi-Fi IoT-apparaten te verminderen, zodat IoT-apparaten Wi-Fi kunnen gebruiken. echter, there’s still a long way for devices using these new specifications to become easily accessible. WI-FI is ideaal voor situaties waarin massale gegevens onmiddellijk moeten worden overgedragen. Bijvoorbeeld: camera-apparatuur die 4K-videoclips moet uploaden.
WI-FI-oplossingen passen bij de volgende toepassingen::
- Hoge datasnelheden
- hoge kwaliteit van de dienstverlening (waarschijnlijkheid dat het bericht wordt doorgegeven)
- Lage latentie
Wi-Fi-oplossingen zijn niet goed geschikt voor de volgende toepassingen::
- zeer groot bereik tussen apparaten en routers
- apparaten op batterijen
Bluetooth
Ondersteunt meerdere Bluetooth-modi. De modus die het meest relevant is voor het internet der dingen is Bluetooth Low Power (WERD). BLE werkt op 2,4 GHz, maar verzendt slechts een kleine hoeveelheid gegevens. Daarnaast, het maakt ook gebruik van FHSS-modulatietechnologie om interferentie tegen te gaan. BLE Bluetooth 4 implementeert gegevensoverdracht met 1 Mbps. Bluetooth 5 brengt het tot 2 Mbps. Het BLE-bereik kan worden vergroot door Bluetooth Mesh om berichten tussen knooppunten door te geven, maar je moet een groot aantal knooppunten hebben om verbonden te blijven over een breed gebiedsbereik.
BLE-oplossingen zijn het meest geschikt voor veeleisende toepassingen:
- Laag energieverbruik
- Service van hoge kwaliteit
- Lage latentie
- Bluetooth-raster gebruiken voor gemiddeld bereik
BLE-oplossingen zijn niet geschikt voor::
- Langdurig gebruik
Zigbee en Z-Wave
Zigbee werkt op respectievelijk 1000 MHz en 2,4 GHz. De z-wave werkt op ongeveer 900MHz. Signaal wordt minder beïnvloed door interferentie en is beter toegankelijk om door obstakels met lagere frequenties te komen. Lagere frequenties resulteren in lagere datasnelheden. Terwijl Z-Wave en Zigbee een korte reikwijdte hebben, het totale bereik van het netwerk kan worden uitgebreid met meerdere apparaten in een grid. Zigbee en Z-Wave zijn ideaal voor apparaten met een laag energieverbruik die een hoogwaardige service en kleine hoeveelheden data vereisen, bijvoorbeeld, lichtschakelaars en temperatuursensoren in woningen.
Zigbee en Z-Wave zijn het meest geschikt voor::
- Laag energieverbruik
- Service van hoge kwaliteit
- Lage latentie
- Flexibel bereik van meerdere apparaten
Zigbee en Z-Wave zijn niet geschikt voor::
- Enorme hoeveelheden gegevens
- Langeafstand
Wide Area Network met laag vermogen (LPWAN)
LPWAN technologieën kunnen voldoen aan de vereisten van langeafstands- en laagvermogennetwerken. Als uw netwerk nodig is om lange afstanden af te leggen, of je moet obstakels zoals gebouwen oversteken, dan is een low-power wide area-oplossing een goede optie voor jou. De low-power wide area-oplossing bestrijkt een reeks frequenties over gelicentieerde en niet-gelicentieerde banden. In de volgende secties:, we zullen enkele van de meer populaire LPWAN-technologieën bespreken.
mobiel – het verschil tussen LPWAN en WPAN
Mobiele netwerken gebruiken gelicentieerde banden, meestal in het bereik van 500 MHz tot 4 GHz, hoewel 5G-technologie frequenties kan gebruiken die dichter bij 100 GHz liggen. aanvankelijk, mobiele netwerken werden geboren voor communicatie met hoge datasnelheid, bijvoorbeeld, spraakoproepen die op hogere frequenties lopen om grotere hoeveelheden gegevens te vervoeren. Hoe hoger de frequentie:, hoe korter de afstand, dus er zijn nu normen voor mobiele netwerken specifiek voor laagfrequente IoT-communicatie om grotere afstanden te bereiken. Er zijn twee belangrijke mobiele specificaties waarmee rekening moet worden gehouden voor IoT-toepassingen:.
Beide technologieën vallen onder 5G: de Narrow Band IoT
- NB-IoT, soms aangeduid als CAT-M2 of CAT-NB, is een categorie voor mobiele communicatie met een smalle frequentiekanaalbreedte. NB-IoT gebruikt beide minder stroom dan LTE-M met een grotere afstand.
- LTE-M heeft hogere datasnelheden en lagere latentie dan nB-iot. LTE-M heeft ook het voordeel dat het apparaatmobiliteit mogelijk maakt via de NB-IoT, dus als het apparaat beweegt tijdens gegevensoverdracht, het kan overschakelen naar een ander basisstation. Gegevenssnelheden op mobiele netwerken zijn het hoogst onder low-power wide area-oplossingen, dus, de grootte van de pakketten die u kunt verzenden, is vergroot.
De frequenties van cellulaire oplossingen zijn permissief, het kan interferentie verminderen, en berichten kunnen worden verzonden. Als resultaat, mobiele technologie biedt service van hoge kwaliteit en lage latentie. Als uw use-case onmiddellijke actie vereist, such as shutting off a gas valve at a long distance once there’s a leak, dan kun je rekening houden met Cellular.
Mobiele netwerken zijn doorgaans eigendom van mobiele netwerkproviders. Door een mobiel netwerk te kiezen voor uw IoT-oplossing, u kunt profiteren van de reeds aanwezige infrastructuur op basis van de dekking van uw doelgebied. hoe dan ook, cellulaire IoT-specificaties zijn relatief nieuw,that’s why network providers are still setting up their systems as a support. Het kan ook zijn dat de dekking van uw netwerkprovider beperkt is en dat u een of andere specificatie kunt kiezen (smalband IoT of LTE-M) om uw klanten te bedienen. (Opmerking: het is onwaarschijnlijk dat beide worden geïmplementeerd door een bepaalde netwerkaanbieder.)
Een use case die geschikt is voor mobiele IoT-implementatie is elektrische meting:
- hoge datasnelheden en laadlengte
- hoge kwaliteit van de dienstverlening
- lage latentie
Sigfox en LoRa
Sigfox en LoRa gebruiken banden zonder licentie tussen 433 MHz en 928 MHz voor het verzenden van laagfrequente signalen over een groot bereik. Zoals we zullen zien, deze technologieën delen enkele gemeenschappelijke kenmerken. In tegenstelling tot mobiele netwerken, LoRa-netwerken en Sigfox gebruiken een sternetwerktopologie,wat betekent dat broadcast-berichten kunnen worden ontvangen en afgeleverd in de cloud door elk basisstation in de specifieke scope. Dit vergroot de kans dat het signaal wordt opgevangen wanneer het apparaat zich in het buitenste bereik van meerdere basisstations bevindt. Zowel Sigfox als LoRa kunnen langere afstanden afleggen en minder energie verbruiken dan Cellular. In plaats daarvan, beide hebben lagere gegevensoverdrachtsnelheden en meer beperkingen op de gegevens en frequentie. Per bericht kan een grotere hoeveelheid gegevens worden verzonden, vaker uitzenden met LoRa, en krijg het maximale potentiële bereik met Sigfox.
Wat Sigfox en LoRa gemeen hebben:
- langeafstand
- laag energieverbruik
Sigfox
Sigfox is opgericht in 2010, de eerste moderne low power wide area worden. Sigfox gebruikt banden zonder licentie op frequenties van 862 MHz tot 928 MHz, en maakt gebruik van ultra-smalband modulatie om 100 Hz brede berichten te verzenden. Dit betekent dat Sigfox-apparaten zenden in willekeurige kanalen over een bepaald werkbereik, het kan nuttig zijn bij het verminderen van de mogelijkheid van interferentie met achtergrondruis. Sigfox kan het maximale bereik bereiken van alle technologieën die we analyseren, maar het zal resulteren in lage datasnelheden vanwege de smalband die wordt gebruikt. Daarom, een kleine hoeveelheid gegevens moet worden verzonden door elk bericht met minder dan 12 bytes.
Sigfox-gebruikers kunnen niet meer dan zes berichten per uur van een apparaat naar de cloud sturen (stroomopwaarts) en niet meer dan vier berichten per dag vanuit de cloud naar een device (stroomafwaarts). Deze beperkingen betekenen dat Sigfox ideaal is voor toepassingen met een laag stroomverbruik die slechts een paar eenvoudige waarden per dag hoeven te communiceren.
U moest het openbare netwerk van Sigfox nu registreren. But it’s ok as, Met Sigfox kunt u privé-instanties van uw netwerk uitvoeren door PAN-technologie aan te bieden.
- Sigfox’s advantage: Grootste bereik van alle low-power wide area-opties.
LoRa gebruikt niet-gelicentieerde frequentiebanden tussen 433 MHz en 928 MHz op basis van de regio, en maakt gebruik van een eigen CSS-modulatieschema om gegevens te leveren over een grotere kanaalbandbreedte met smalle banden (125, 250 en 500 kHz), s na het verzenden van het bericht, lage geluidsniveaus en anti-jamming-mogelijkheden kunnen worden gegarandeerd. Het modulatieschema kan worden gewijzigd door de spreidingsfactor te wijzigen om een grotere afstand te bereiken ten koste van het vermogen. LoRaWAN is een open standaardprotocol dat de communicatie tussen gateways en apparaten definieert.
LoRa’s range is larger than Cellular, maar kleiner dan Sigfox. hoe dan ook, it’s flexible of packet size limits, en u kunt meer gegevens overdragen dan met Sigfox als de configuratie juist is. De regio waarin u zich bevindt en de datasnelheid die u wilt ondersteunen, bepalen de maximale pakketgrootte van een LoRa-bericht. Hogere datasnelheden betekenen kortere bereiken omdat de frequenties hoger zijn.
Er zijn veel openbare LoRaWAN-netwerkproviders op de markt. Maar je kunt ook een privénetwerk opzetten met je eigen software en gateway.
Roller heeft een verscheidenheid aan bewerkingen::
- Klasse A, eerste klasse: vereist het minste vermogen. Het apparaat slaapt het grootste deel van de tijd en wordt wakker om uplink-berichten te verzenden wanneer de sensorwaarden veranderen. Het venster voor het ontvangen van berichten van de server (stroomafwaarts) is zeer beperkt.
- Klasse B: Vereist ook heel weinig energie. Het apparaat slaapt meestal, maar kan op tijd wakker worden en de huidige meting rapporteren wanneer de sensorwaarde verandert. Het venster voor het ontvangen van berichten van de server (stroomafwaarts) is gelimiteerd.
- Klasse C: Vereist meer stroom dan apparaten van klasse A en B, maar het apparaat luistert altijd naar de downlink, tenzij de uplink wordt uitgezonden. De flexibiliteit van deze operaties met meerdere klassen betekent dat LoRaWAN een breder scala aan use-cases kan bedienen.
Voordelen van LoRaWAN:
- Het regelt de maximale pakketgrootte, die hoger is dan Sigfox.
- Eenvoudig een privaat netwerk opbouwen dat kostenbesparend is.
- Flexibel, combinaties van apparaten met verschillende stroom- en vertragingsvereisten werken samen.
Conclusie – het verschil tussen LPWAN en WPAN
Lage frequenties hebben een groter bereik en dragen minder gegevens over dan hoge frequenties. WPAN-technologieën zoals wifi, Bluetooth, Zigbee en Z-Wave zijn met hogere frequenties en korte afstanden. Deze opties zijn niet ideaal voor scenario's waarin afstand belangrijk is. LPWAN-technologieën kunnen een groter bereik bereiken en werken bij lagere frequenties dan WPAN-technologieën. We hebben vastgesteld dat de juiste low-power wide area-techniek afhankelijk is van uw gebruikssituatie. Mobiele technologieën zoals NB-IoT en LTE-M zijn geweldige opties voor scenario's waar mobiele dekking en waar service, lage latentie en grote hoeveelheden gegevens zijn belangrijker dan stroom, omdat het bereik waarschijnlijk lager is. Sigfox is geschikt voor situaties waarin u weinig gegevens heeft en deze over lange afstanden met een laag stroomverbruik wilt verzenden. LoRa maakt maximale controle mogelijk, configureerbare mogelijkheid om grotere hoeveelheden gegevens te verzenden door eenvoudig privénetwerken op te zetten, en klasse C ondersteunt lagere latentie.
