Zrozum różnicę między szerokim obszarem małej mocy a WPAN

W tym artykule, omówimy niektóre z najczęściej używanych opcji szerokiego obszaru o niskim poborze mocy, skupiając się na technologiach komórkowych (Wąskopasmowy Internet Rzeczy i LT-M), jak również te WPAN korzystające z nielicencjonowanej przepustowości, LoRa/LoRaWAN, i Sigfoxa. We’ll also figure out the differentiation between the technologies of LPWAN and WPAN. Technologia nadawania wykorzystująca wyższe częstotliwości może przesyłać więcej danych i szybsze przepływności niż radio o niskiej częstotliwości. Wyższe częstotliwości będą wymagały większej mocy, podczas gdy zakres ruchu nie będzie tak duży, jak w przypadku niższych częstotliwości. W budynkach, obszarów zabudowanych, lub obszary z innymi źródłami zakłóceń, zasięg jest jeszcze mniejszy. Dowolna częstotliwość w mieszkaniu, teren otwarty będzie miał większy zasięg niż teren zabudowany ze względu na mniejsze zakłócenia. Po zapoznaniu się z tymi podstawami, we’ll also direct you on choosing the right technology for your application, biorąc pod uwagę dostępną moc, ilość danych, które chcesz przesłać, i zasięg, który chcesz osiągnąć.

Sieć Internetu Rzeczy oparta na częstotliwości radiowej

Istnieje wiele rozwiązań komunikacji urządzeń IoT opartych na częstotliwościach radiowych w sieci. Ze względu na dyskusję, dzielimy je na dwie kategorie:

• Technologia bliskiego zasięgu, lub technologie WPAN, takie jak Bluetooth, Wi-Fi, Fala Z, i Zigbee, mieć krótkie dystanse, które mają wysokie lub niskie przepływności i potencjalnie zużywają większą lub niższą moc.
• Daleki zasięg, lub technologia szerokiego obszaru o małej mocy, ma niskie zużycie energii, długi dystans, i niska szybkość transmisji.

Bezprzewodowa sieć osobista (WPAN)

Technologia WPAN ma ograniczony zakres, ale można ją rozszerzyć za pomocą topologii siatki. Topologia siatki to implementacja sieci, w której każde urządzenie wielokrotnie wysyła sygnały do ​​innych urządzeń w pobliżu. Jak w treści poniżej, you’ll find that the main use cases for WPAN are those who don’t care much on range.

Wi-Fi

Wi-Fi może działać z częstotliwością 2,4 GHz lub 5 GHz. Ponieważ te częstotliwości są wyższe, Szybkości transmisji danych WIFI są również wyższe. Każde urządzenie ma 1:1 związek z routerem sieciowym. Jak widzieliśmy wcześniej, zasięg komunikacji będzie bardzo krótki ze względu na wysoką częstotliwość fal RF. Tradycyjne urządzenia Wi-Fi mają wyższe wymagania dotyczące zasilania, co oznacza, że ​​większość dostępnych urządzeń musi być zasilana z sieci elektrycznej. Wi-Fi 6 parametr ma na celu zmniejszenie zużycia energii przez urządzenia Wi-Fi IoT, aby urządzenia IoT mogły korzystać z Wi-Fi. Jednakże, there’s still a long way for devices using these new specifications to become easily accessible. WI-FI jest idealne w sytuacjach, w których masowe dane muszą być przesyłane natychmiast. Na przykład: sprzęt fotograficzny, który wymaga przesyłania klipów wideo 4K.

Rozwiązania WI-FI pasują do następujących aplikacji:

• Wysokie szybkości transmisji danych
• wysoka jakość usług (prawdopodobieństwo przekazania wiadomości)
• Małe opóźnienia

Rozwiązania Wi-Fi nie nadają się do następujących zastosowań:

• bardzo duży zasięg pomiędzy urządzeniami i routerami
• urządzenia zasilane bateryjnie

Bluetooth

Obsługuje wiele trybów Bluetooth. Najbardziej odpowiednim trybem dla Internetu rzeczy jest Bluetooth Low Power (STAŁ SIĘ). BLE działa na częstotliwości 2,4 GHz, ale przesyła tylko niewielką ilość danych. Ponadto, wykorzystuje również technologię modulacji FHSS do przeciwdziałania zakłóceniom. BLE Bluetooth 4 realizuje transfer danych z prędkością 1 Mb/s. Bluetooth 5 zwiększa prędkość do 2 Mb/s. Zasięg BLE może zostać zwiększony przez Bluetooth Mesh w drodze przekazywania wiadomości między węzłami, ale musisz mieć dużą liczbę węzłów, aby pozostać połączonym na szerokim obszarze.

Rozwiązania BLE są najbardziej odpowiednie dla wymagających aplikacji:

• Niski pobór mocy
• Wysoka jakość usług
• Małe opóźnienia
• Użyj sieci Bluetooth dla średniego zasięgu

Rozwiązania BLE nie nadają się do:

• Długotrwałe użytkowanie

Zigbee i Z-Wave

Zigbee działa odpowiednio z częstotliwością 1000 MHz i 2,4 GHz. Fala Z działa z częstotliwością około 900 MHz. Sygnał będzie mniej podatny na zakłócenia i będzie łatwiejszy do pokonania przeszkód o niższych częstotliwościach. Niższe częstotliwości skutkują niższymi szybkościami transmisji danych. Podczas gdy Z-Wave i Zigbee mają krótki zasięg, ogólny zasięg sieci można rozszerzyć za pomocą wielu urządzeń w sieci. Zigbee i Z-Wave są idealne dla urządzeń o niskim zużyciu energii, które wymagają wysokiej jakości obsługi i niewielkiej ilości danych, na przykład, włączniki światła i czujniki temperatury w domach.

Zigbee i Z-Wave najlepiej nadają się do:

• Niski pobór mocy
• Wysoka jakość usług
• Małe opóźnienia
• Elastyczny zakres wielu urządzeń

Zigbee i Z-Wave nie nadają się do:

• Ogromne ilości danych
• Daleki zasięg

Sieć rozległa małej mocy (LPWAN)

LPWAN technologie mogą sprostać wymaganiom sieci dalekosiężnych i małej mocy. Jeśli Twoja sieć jest niezbędna do obsługi dużych odległości, lub musisz pokonywać przeszkody, takie jak budynki, to rozwiązanie o niskim poborze mocy jest dla Ciebie świetną opcją. Rozwiązanie o niskim poborze mocy obejmuje szeroki zakres częstotliwości w pasmach licencjonowanych i nielicencjonowanych. W kolejnych sekcjach, omówimy niektóre z bardziej popularnych technologii LPWAN.

Cellular – the difference between LPWAN and WPAN

Sieci komórkowe wykorzystują licencjonowane pasma, zazwyczaj w zakresie od 500 MHz do 4 GHz, chociaż technologia 5G może wykorzystywać częstotliwości bliższe 100GHz. Początkowo, sieci komórkowe powstały z myślą o komunikacji o dużej szybkości transmisji danych, na przykład, połączenia głosowe działające na wyższych częstotliwościach w celu przenoszenia większych ilości danych. Im wyższa częstotliwość, im krótsza odległość, więc istnieją obecnie standardy sieci komórkowych przeznaczone specjalnie do komunikacji IoT o niskiej częstotliwości, aby osiągnąć większe odległości. Istnieją dwie kluczowe specyfikacje komórkowe, które należy wziąć pod uwagę w zastosowaniach IoT.

Obie technologie należą do 5G: wąskopasmowy Internet rzeczy

• NB-IoT, czasami określany jako CAT-M2 lub CAT-NB, to kategoria komunikacji komórkowej o wąskiej szerokości kanału częstotliwości. NB-IoT zużywa mniej energii niż LTE-M przy większej odległości.
• LTE-M ma wyższe szybkości transmisji danych i mniejsze opóźnienia niż nB-iot. LTE-M ma również tę zaletę, że umożliwia mobilność urządzeń w porównaniu z NB-IoT, więc jeśli urządzenie porusza się podczas transmisji danych, może przełączyć się na inną stację bazową. Szybkość transmisji danych w sieciach komórkowych jest najwyższa wśród rozwiązań rozległych o małej mocy, więc, zwiększono rozmiar pakietów, które możesz wysłać.

Częstotliwości rozwiązań komórkowych są permisywne, może zmniejszyć zakłócenia;, i wiadomości mogą być wysyłane. W rezultacie, technologia komórkowa zapewnia wysoką jakość usług i niskie opóźnienia. Jeśli Twój przypadek użycia wymaga natychmiastowego działania, such as shutting off a gas valve at a long distance once there’s a leak, wtedy możesz wziąć pod uwagę sieć komórkową.

Sieci komórkowe zazwyczaj należą do dostawców sieci komórkowych. Wybierając sieć komórkową dla swojego rozwiązania IoT, możesz skorzystać z już istniejącej infrastruktury w oparciu o pokrycie obszaru docelowego. Niemniej jednak, Specyfikacje komórkowe IoT są stosunkowo nowe,that’s why network providers are still setting up their systems as a support. Może się również okazać, że zasięg operatora sieci jest ograniczony i możesz wybrać taką lub inną specyfikację (wąskopasmowy IoT lub LTE-M) by służyć Twoim klientom. (Notatka: jest mało prawdopodobne, że oba zostaną wdrożone przez danego dostawcę sieci.)

Jednym z przypadków użycia odpowiednich do wdrożenia mobilnego Internetu Rzeczy jest pomiar energii elektrycznej:

• wysokie szybkości transmisji danych i długość ładunku
• wysoka jakość usług
• małe opóźnienia

Sigfox i LoRa

Sigfox i LoRa wykorzystują nielicencjonowane pasma od 433 MHz do 928 MHz do przesyłania sygnałów o niskiej częstotliwości na daleki zasięg. Jak zobaczymy, te technologie mają pewne wspólne cechy. W przeciwieństwie do sieci komórkowych, Sieci LoRa i Sigfox używają topologii gwiazdy,co oznacza, że ​​komunikaty rozgłoszeniowe mogą być odbierane i dostarczane do chmury przez dowolną stację bazową w określonym zakresie. Zwiększa to szansę, że sygnał zostanie przechwycony, gdy urządzenie znajduje się w zewnętrznym zasięgu wielu stacji bazowych. Zarówno Sigfox, jak i LoRa mogą pokonywać większe odległości i zużywać mniej energii niż Cellular. Zamiast, oba z nich mają wolniejsze prędkości przesyłania danych i większe ograniczenia dotyczące danych i częstotliwości. W jednej wiadomości można przesłać większą ilość danych, nadawać częściej z LoRa, i uzyskaj maksymalny potencjalny zasięg z Sigfox.

Co łączy Sigfox i LoRa:

• daleki zasięg
• niskie zużycie energii

Sigfox

Sigfox został założony w 2010, stając się pierwszym nowoczesnym szerokim obszarem małej mocy. Sigfox wykorzystuje nielicencjonowane pasma na częstotliwościach od 862 MHz do 928 MHz, i wykorzystuje modulację ultrawąskopasmową do wysyłania wiadomości o szerokości 100 Hz. Oznacza to, że urządzenia Sigfox nadają w losowych kanałach w określonym zakresie działania, może to być pomocne w zmniejszeniu możliwości zakłóceń tła. Sigfox może osiągnąć maksymalny zasięg wszystkich analizowanych przez nas technologii, ale spowoduje to niskie szybkości transmisji danych ze względu na używane wąskie pasmo. W związku z tym, niewielka ilość danych musi być przesyłana przez każdą wiadomość z mniej niż 12 bajty.

Użytkownicy Sigfoxa mogą wysyłać nie więcej niż sześć wiadomości na godzinę z urządzenia do chmury (pod prąd) i nie więcej niż cztery wiadomości dziennie z chmury na urządzenie (w dół rzeki). Te ograniczenia oznaczają, że Sigfox jest idealny do zastosowań o niskim poborze mocy, które wymagają przekazywania tylko kilku prostych wartości dziennie.

Musiałeś teraz zarejestrować publiczną sieć Sigfox. But it’s ok as, Sigfox umożliwia uruchamianie prywatnych instancji Twojej sieci, oferując technologię PAN.

• Sigfox’s advantage: Najdłuższy zakres ze wszystkich opcji szerokiego obszaru o małej mocy.

LoRa i LoRaWAN

LoRa wykorzystuje nielicencjonowane pasma częstotliwości od 433 MHz do 928 MHz w zależności od regionu, i wykorzystuje zastrzeżony schemat modulacji CSS w celu dostarczania danych w szerszym paśmie kanału z wąskimi pasmami (125, 250 i 500kHz), w ten sposób, można zapewnić niski poziom hałasu i właściwości przeciwzakłóceniowe. Schemat modulacji można zmienić, zmieniając współczynnik rozrzutu, aby uzyskać większą odległość kosztem mocy. LoRaWAN to otwarty standard protokołu, który definiuje komunikację między bramami a urządzeniami.

LoRa’s range is larger than Cellular, ale mniejszy niż Sigfox. Niemniej jednak, it’s flexible of packet size limits, i możesz przesłać więcej danych niż z Sigfoxem, jeśli konfiguracja jest właściwa. Region, w którym się znajdujesz i szybkość transmisji danych, którą chcesz obsługiwać, decydują o maksymalnym rozmiarze pakietu wiadomości LoRa. Wyższe szybkości transmisji danych oznaczają krótsze zasięgi, ponieważ częstotliwości są wyższe.

Na rynku jest wielu dostawców publicznych sieci LoRaWAN. Ale możesz także skonfigurować sieć prywatną za pomocą własnego oprogramowania i bramy.

Wałek ma różne operacje:

• Klasa A: wymaga najmniejszej mocy. Urządzenie przez większość czasu śpi i budzi się, aby wysyłać wiadomości w łączu w górę, gdy zmieniają się wartości czujnika. Okno odbierania wiadomości z serwera (w dół rzeki) jest bardzo ograniczony.
• Klasa B: Wymaga również bardzo mało energii. Urządzenie przez większość czasu jest uśpione, ale może się obudzić na czas i zgłosić bieżący odczyt, gdy zmieni się odczyt czujnika;. Okno odbierania wiadomości z serwera (w dół rzeki) jest ograniczony.
• Klasa C: Wymaga większej mocy niż urządzenia klasy A i B, ale urządzenie zawsze nasłuchuje łącza w dół, chyba że nadaje łącze w górę. Elastyczność tych wieloklasowych operacji oznacza, że ​​LoRaWAN może obsłużyć szerszy zakres przypadków użycia.

Zalety LoRaWAN:

• Kontroluje maksymalny rozmiar pakietu, który jest wyższy niż Sigfox.
• Łatwość zbudowania prywatnej sieci, która jest opłacalna.
• Elastyczny, kombinacje urządzeń o różnych wymaganiach dotyczących mocy i opóźnień współpracują ze sobą.

Conclusion – the difference between LPWAN and WPAN

Niskie częstotliwości mają większy zasięg, przenosząc mniej danych niż wysokie częstotliwości. Technologie WPAN, takie jak Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee i Z-Wave mają wyższe częstotliwości i krótsze odległości. Te opcje nie są idealne w scenariuszach, w których ważna jest odległość. Technologie LPWAN są w stanie osiągnąć większy zasięg i działać na niższych częstotliwościach niż technologie WPAN. Ustaliliśmy, że prawidłowa technika szerokiego obszaru o małej mocy zależy od przypadku użycia. Technologie komórkowe, takie jak NB-IoT i LTE-M, są doskonałymi opcjami w sytuacjach, w których zasięg sieci komórkowej i gdzie usługa, małe opóźnienia i duże ilości danych są ważniejsze niż moc, ponieważ zasięg prawdopodobnie będzie mniejszy. Sigfox nadaje się do sytuacji, w których masz mało danych i chcesz je przesyłać na duże odległości przy niskim zużyciu energii. LoRa pozwala na maksymalną kontrolę, konfigurowalna możliwość wysyłania większych ilości danych poprzez prostą konfigurację sieci prywatnych, a klasa C obsługuje mniejsze opóźnienia.