LPWAN (sieć rozległa o małej mocy) technologie wykorzystują telekomunikację bezprzewodową do przesyłania danych w sieci rozległej. Ta technologia została specjalnie zaprojektowana, aby umożliwić transmisję komunikacji dalekiego zasięgu przy niskich przepływnościach. Te dwie cechy odróżniają technologie LPWAN od innych bezprzewodowych sieci WAN, które zużywają więcej energii i przesyłają więcej danych podczas łączenia się z użytkownikami. Szybkość transmisji danych LPWAN waha się od 0.4 Kbit/s do 40 Kbit/s na częstotliwość.
Oprócz wykorzystania sieci LPWAN do stworzenia prywatnej sieci czujników bezprzewodowych, mogą być również używane jako infrastruktura innej firmy, która umożliwia użytkownikom czujników skonfigurowanie ich w terenie bez konieczności instalowania technologii bramy LPWAN.
W MOKOLORA, jesteśmy niezależnymi od technologii. Rozważymy całościowo Twój projekt LPWAN vs LoRaWAN IoT i zarekomendujemy najbardziej odpowiednią technologię dla Twojego konkretnego zastosowania.
Niektóre z konkurencyjnych standardów i sprzedawców technologii LPWAN to::
• 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 Technologia 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.
Bardzo wąskie pasmo
Bardzo wąskie pasmo (UNB) to technologia modulacji wykorzystywana w technologiach LPWAN przez różne firmy, takie jak;
• Sigfox – It is based on UNB technology.
• Weightless – It is a Weightless SIG set of communication standards.
• NB-Fi Protocol – WAVIoT Company developed it.
Inni
• DASH7 – It is a mode to development framework that uses wireless networks with low power. Ta platforma działa w wielu bezprzewodowych standardach radiowych, takich jak LoRa, LTE, 802.15.4g, i wiele więcej.
• 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 (RPM) – is an LPWAN standard used in GE’s AMI metering. Opiera się na odmianach technologii CDMA dla telefonów komórkowych, chociaż stosuje nielicencjonowane widmo 2,4 GHz.
• 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, technologie LPWAN aktywnie działają w promieniu ponad dziesięciu kilometrów i mniej niż kilometra w warunkach miejskich. Umożliwia operacyjną komunikację danych w niemożliwych do tej pory warunkach wewnętrznych i podziemnych.
2. Low power – LPWAN is optimized to consume low power. Jego nadajniki-odbiorniki używają małych, tanie baterie, które mogą wytrzymać do 20 lat.
3. Niska cena: Ponieważ LPWAN ma niski zakres roboczy, minimalizuje wymagania infrastrukturalne w połączeniu z topologią gwiazdy. Zmniejsza koszty sieci, ponieważ jest również wolna od licencji, lub licencjonowane pasma obniżają koszt sieci.
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 Pasmo ISM. Ta opaska ma lepsze właściwości propagacyjne i lepsze krycie w ciasnych obszarach, umożliwiające przenikanie przez budynki i ściany.
Każda aplikacja LPWAN IoT ma określone potrzeby. Zawsze bierz pod uwagę następujące czynniki, aby potwierdzić, że wybierasz odpowiednie technologie LPWAN do swojego projektu IoT.
a) Service quality – The key guarantee to an exceptional QoS and industrial-grade reliability is the high data reception rate. Osiąga się to dzięki odporności na zakłócenia dla technologii LPWAN, które działają w widmie wolnym od licencji.
b) Scalability – It is essential to have an extensive network capacity to expand future networks and an incredible number of end devices. Jednym z głównych wskaźników, na które należy zwrócić uwagę, jest liczba urządzeń i codziennych wiadomości, którymi może sterować dana stacja bazowa.
C) Battery life – Consumption of low-power considerably minimizes the total ownership cost, a także pomaga w osiąganiu zrównoważonych celów biznesowych w sieciach czujników zdalnych.
D) Mobility – It is essential to have end nodes that transmit data at high speeds, umożliwienie głównych zastosowań IoT, takich jak telematyka floty i bezpieczeństwo pracowników.
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, podczas gdy publiczne systemy LPWA regularnie budzą obawy dotyczące prywatności danych.
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.
Jednym z głównych filarów solidnej sieci LPWAN i IoT jest standaryzacja. Daje wymagające, ale jasne ramy techniczne certyfikowane przez organizacje zajmujące się opracowywaniem standardów, takie jak 3GPP, SZUKAJ, IETF, IEEE, i wiele więcej. Znormalizowana technologia oferuje różne korzyści, takie jak lepsza jakość i niezawodność, długotrwała interoperacyjność, elastyczność wynalazku, i uniwersalna skalowalność.
Dziedzina LPWAN ma dwie technologie, które rozwijają się w wysiłkach normalizacyjnych.
• 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 3NIE WAŻNE standardy.
Inne sojusze przemysłowe, które wspierają standardowy rozwój, zostały ustanowione wokół własnych rozwiązań LPWAN. Niemniej jednak, te zmagania nie sankcjonują trwałości technologii i nie mogą obejmować całego stosu sieci, jak w Sojusz LoRa.
Licencjonowane sieci LPWAN stosują widmo radiowe, które jest licencjonowane i działa w sieciach nieograniczonych. Obsługuje zarówno standardy 3GPP, jak i GSM. Standardy te poprawiają sposób, w jaki urządzenia LPWAN przemieszczają się z jednej sieci do drugiej, ponieważ ułatwiają mobilność sieci. Ponadto, korzystanie z licencjonowanej sieci LPWAN zapewnia podłączonemu urządzeniu większą wyjątkowość połączenia. Poprawia to jego niezawodność i bezpieczeństwo. Niektóre typy licencjonowanych sieci LPWAN to wąskopasmowy IoT (NB-IoT) i LTE-M.
Z drugiej strony, nielicencjonowane sieci LPWAN stosują nielicencjonowane widmo radiowe. Może być używany przez wszystkich bez wyłączności. Unlicensed LPWAN isn’t built to handle continuous movements at high speeds. Zamiast, nadaje się do zastosowań takich jak obszary, w których wymagana jest nielicencjonowana sieć LPWA dla pojedynczego napędu urządzeń łączących w tym regionie oraz miejsca, w których nie jest dostępny publiczny system LPWA. Przykładem nielicencjonowanego LPWAN jest LoRaWAN.
Obecnie, rynek LPWAN jest jeszcze w początkowej fazie. Charakteryzuje się wysokim stopniem sieci i dezintegracją technologii, która wciąż jest odległa od technologii globalnej. Niemniej jednak, analitycy rynku sugerują, że jest to szybkie połączenie kilku znaczących technologii. w 2017, ten Technologia LoRa była światowym liderem rynku we wdrażaniu zarówno sieci publicznych, jak i prywatnych.
Jednakże, Przewiduje się, że LoRa będzie najszybciej rozwijającą się technologią do końca roku 2022. Analitycy rynku spodziewają się, że LoRa wyprzedzi NB-IoT pod względem liczby podłączonych urządzeń; W związku z tym, prawdopodobnie stanie się wiodącymi technologiami LPWAN. Z drugiej strony, LoRa nadal będzie wiodącym dostawcą sieci prywatnej. Obydwa LoRa i NB-IoT reprezentować wokół 70 % sieci publicznych i prywatnych na obecnym rynku. Ponadto, Oczekuje się, że LoRa poprawi swój udział w rynku do około 85% do końca 2027.
Chociaż technologie LPWAN niosą ze sobą znaczne korzyści w swoim zastosowaniu, ma też pewne ograniczenia. Te ograniczenia obejmują;
a) LPWAN transmits much less data than other technologies – The data rates of LPWAN technologies mostly range from 100bps to 10s of Kbps. Te niskie stawki sprawiają, że technologia jest nieodpowiednia dla średnio wydajnych aplikacji. Urządzenia, które w sposób ciągły przesyłają duże ilości danych między czujnikami z małymi opóźnieniami, do pełnego działania wymagają sieci o większej przepustowości.
b) Interference and errors – As most LPWAN protocols are conveyed over unlicensed LPWAN frequency bands, ryzykują wystąpienie błędów i zakłóceń podczas wymiany danych. Na przykład, środowisko detaliczne czasami doświadcza zakłóceń, gdy w jego ustawieniach współistnieją czytniki RFID.
C) Underdeveloped coverage – LPWAN coverage is comparatively underdeveloped compared to the other technologies. Większość operatorów komórkowych stworzyła rozległe sieci, które z łatwością obsługują Internet Rzeczy. Aby w pełni obsługiwać aplikacje LPWAN IoT, operatorzy komórkowi mają złożoną przeszkodę z góry, którą muszą pokonać. Ponadto, operatorzy komórkowi mają ścisłe zasady przewodnie dotyczące infrastruktury, które są stosunkowo drogie, while LPWAN operators aren’t subject to synchronized tower properties.
Wprowadzenie LPWAN na rynek datuje się na koniec lat 80-tych. Było to po zbudowaniu przez ADEMCO sieci niskiej transmisji danych, służy do monitorowania paneli alarmowych. Firma Motorola wprowadziła również ARDIS (wolnoprzesyłowa rozległa sieć komputerowa) wykorzystywane w procesach śledzenia transakcji i automatyzacji sprzedaży w tym samym okresie. Chociaż te innowacje różnią się od obecnych LPWAN, nadal służą jako poprzednicy wschodzącej technologii.
Wraz z wprowadzeniem 2G w latach 90., większość operatorów komórkowych może przesyłać dane wraz z głosem na duże odległości. Ponadto, popyt na internet szybko rósł z czasem, zmuszanie firm do korzystania z możliwości łączności w swoich urządzeniach. Ten trend doprowadził do pojawienia się tanich, rozwiązania komunikacji bezprzewodowej o małej mocy, takie jak sieci LPWAN.
Ostatnio, Sieci LPWAN stały się jednym rozwiązaniem. Sigfox był pierwszym LPWAN Technologies wprowadzonym na rynek przez francuską firmę w 2009. Technologia była w stanie efektywniej wykorzystywać aplikacje czasu rzeczywistego niż wcześniejsze technologie radiowe. Dziś, LPWAN LoRa jest opatentowany i szeroko stosowany w ponad 57 krajów na całym świecie.
Później po 3 lat, Semtech wprowadził protokół LPWAN LoRa, który działa w kilku nielicencjonowanych pasmach w zależności od lokalizacji. Zamiast deweloperów korzystających z już istniejącej infrastruktury, mogą używać LoRa do tworzenia sieci rozległych. Doprowadziło to do pojawienia się niektórych publicznych dostawców LoRaWAN, takich jak The Things Network, Rachunek, i maszyna Q.
Obecnie, różne firmy instalują sieci LPWAN dla kilku aplikacji, gdzie większość z nich aktywnie uczestniczy w LoRa Alliance. Sojusz LoRa powstał w marcu 2015 promować triumf protokołów LPWAN. Jest to stowarzyszenie charytatywne z ponad 500 członkowie organizacji.
Czy istnieją technologie LPWAN oparte na sieci mesh??
Krótko, sieci mesh nie można sklasyfikować jako sieci LPWAN. Sieci mesh są projektowane z połączonymi węzłami sieciowymi, gdzie każdy z nich niezależnie rozszerza sygnały radiowe. Sieci mesh składają się z trzech elementów, które współpracują ze sobą, przesyłając dane z jednego czujnika bezprzewodowego do drugiego. Te komponenty sieci mesh są; bramy, punkty końcowe, i repeatery. Niemniej jednak, technologia mesh jest energetycznie niewystarczająca i lepiej sprawdza się w urządzeniach przesyłających dane na średnie odległości.
Związek LPWANS i IoT
Sieci LPWAN staną się bardziej krytyczne, ponieważ przestrzeń Internetu Rzeczy prawdopodobnie będzie się rozwijać. Wiele urządzeń LPWAN w różnych branżach i przestrzeniach współpracuje ze sobą w celu komputeryzacji ich funkcjonalności, zminimalizować koszty operacyjne, i wznieść się na wyższe wyżyny produktywności.
Potrzebne są sieci bezprzewodowe, które mogą szybko przesyłać dane na duże odległości przy mniejszym zużyciu energii. Ponadto, firmy, które instalują urządzenia IoT, wymagają ekonomicznych rozwiązań, które skutecznie łączą kilka czujników jednocześnie z Internetem. Albo, most exciting IoT applications won’t be realistic.
Wpływ 5G na sieci LPWAN
Kolejną rewolucją w komunikacji bezprzewodowej sieci komórkowej jest 5G. Technologie zapewniają wyjątkową szybkość transmisji danych przy minimalizacji kosztów i opóźnień. Zatem, ze względu na wydajność 5G, technologia otworzy niesamowite innowacje technologiczne.
Ponadto, technologia 5G ma na celu ogromnie poprawić łączność IoT i zwiększyć liczbę bezprzewodowych czujników, które mogą być jednocześnie połączone z Internetem i ze sobą. Znaczenie technologii LPWAN prawdopodobnie wzrośnie wraz z rozpowszechnianiem się zasięgu 5G.
Aplikacje LPWAN
Poniżej znajdują się różne przypadki użycia aplikacji LPWAN Technologies.
Pomiar elektryczny
LPWANS może być stosowany w pomiarach elektrycznych. Firmy na rynku pomiarów elektrycznych zwykle potrzebują regularnej komunikacji, wysokie szybkości transmisji danych, i mniejsze opóźnienia. Głównie, te liczniki elektryczne LPWAN nie wymagają długotrwałych baterii ani mniejszego zużycia energii, ponieważ mają nieprzerwane źródło zasilania. Aby firmy zajmujące się licznikami energii elektrycznej mogły podejmować natychmiastowe decyzje, takie jak przerwy, masa, i awarie, wymagają siatki czasu rzeczywistego do celów monitorowania.
Inteligentne rolnictwo
LPWAN są również wykorzystywane w rolnictwie. Tutaj, technologie LPWAN muszą mieć urządzenia czujnikowe o długiej żywotności baterii. Te urządzenia czujnikowe znacznie poprawiają plony i minimalizują zużycie wody. Urządzenia również regularnie aktualizują wykryte dane za każdym razem, gdy doświadczają zmiany warunków środowiskowych.
Automatyzacja produkcji
W automatyzacji produkcji, Sieci LPWAN monitorują maszyny w czasie rzeczywistym, poprawiając w ten sposób wydajność, umożliwiając zdalne sterowanie i znacznie poprawiając przemysłową linię produkcyjną. W automatyce przemysłowej istnieje kilka rodzajów komunikacji i niezbędnych czujników. LoRa to idealne rozwiązanie dla aplikacji wymagających długotrwałych baterii i tanich czujników do monitorowania i śledzenia zasobów.
Inteligentny budynek
Czujniki LPWAN IoT w inteligentnych budynkach dla bezpieczeństwa, temperatura, wilgotność, wtyczki elektryczne, i przepływ wody są wdrażane, aby ostrzec zarządców nieruchomości. Czujniki te pomagają również zapobiegać uszkodzeniom i szybko reagować na zapotrzebowanie bez konieczności posiadania ręcznego monitora budynku. Czujniki te wymagają tanich urządzeń LPWAN Technologies z trwałymi bateriami.
Punkty sprzedaży detalicznej stacji sprzedaży
Sieci LPWAN są wykorzystywane w systemach punktów sprzedaży, które wymagają usług o zapewnionej jakości. Systemy te obsługują regularną komunikację; stąd są zbudowane z ciągłym źródłem energii elektrycznej. Zdecydowanie wymagają żywej, niskiej latencji, która nie ogranicza liczby dokonywanych transakcji.
Logistyczne śledzenie palet
Obecnie, Sieci LPWAN są stosowane w śledzeniu palet logistycznych w celu określenia lokalizacji i warunków produktów. Każda firma logistyczna musi mieć swój system LPWAN Technologies, aby zapewnić sobie gwarantowany zasięg w swoich obiektach. Zastosowanie śledzenia palet logistycznych jest doskonałym przykładem rozwiązania hybrydowego wdrożeniowego. Wymaga tanich urządzeń z długotrwałymi bateriami i może być łatwo zastosowany we wszystkich pojazdach.
Wszystkie infrastruktury LPWAN IoT napotykają kilka wyzwań związanych z bezpieczeństwem. IoT poszerza platformę ataku ze względu na stosunkowo długi czas transmisji i duże zasięgi łączności. Każda technologia zabezpiecza swoją komunikację za pomocą środków bezpieczeństwa, ponieważ wszystkie są narażone na potencjalną lukę.
LoRA obsługuje swoje bezpieczeństwo przy użyciu metody szyfrowania AES-128. Ta technika oferuje wiele warstw szyfrowania w LoRaWAN. LoRa używa kluczy aplikacji i sieci, aby bezpiecznie zabezpieczyć swoje pakiety w sieci. Klucze sesji sieci i aplikacji są tworzone za pomocą 128 bitowy klucz aplikacji AES (Klawisz aplikacji).
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. Ponadto, klucz sesji sieciowej może być używany do tworzenia unikalnych sygnatur dla każdego urządzenia. Klucz sesji aplikacji umożliwia szyfrowanie i deszyfrowanie danych. Operacja XOR szyfruje każdą wiadomość. Ponadto, generuje zaszyfrowany ładunek za pomocą strumienia kluczy utworzonego przez klucze sesji sieci i aplikacji, wraz z licznikiem wiadomości uplink i downlink.
Lora podaje tę samą długość wiadomości przed i po zaszyfrowaniu, i oferuje złośliwemu podmiotowi szansę na odtworzenie głównego nurtu z zaszyfrowanych wiadomości. Nawet z mechanizmem bezpieczeństwa określonym dla urządzeń LoRa, urządzenia te nadal są podatne na zacinanie, tunel czasoprzestrzenny, i powtarzaj ataki.
Chociaż sieci LPWAN mają krytyczne zalety i możliwości, wciąż mają kilka poważnych wyzwań i związanych z nimi czynników ryzyka. LTE-M i NB-IoT, z których oba są standardami komórkowymi wprowadzonymi przez kilka zasiedziałych branż, takich jak Nokia i Qualcomm, są jednym z głównych zagrożeń dla sieci LPWAN. Sieci te mogą być łatwo aktualizowane i wdrażane w sieciowym oprogramowaniu komórkowym przez głównych operatorów, takich jak Verizon i AT&T z jednym pstryknięciem przełącznika. Umożliwia to firmom komórkowym wydajną obsługę aplikacji wąskopasmowych poprzez zmianę ramek częstotliwości głosowych GSM bez konieczności stosowania dodatkowego sprzętu.
What’s better is that these cellular companies can still articulate this using the same achievable price point when they wish to do so. Firmy komórkowe najchętniej sprzedają LTE-M dużym firmom, które korzystają z dużych ilości danych mobilnych i usług głosowych. Ponieważ dostawcy telefonów komórkowych zbierają ogromne sumy dolarów w umowach na telefony, nadal muszą świadczyć tanie, tanie usługi transmisji danych. Może to dać im możliwość ukradzenia niektórych, jeśli wdrożą to jako swoją strategię. Raczej, dostawcy komórek powinni starać się oferować więcej niż tylko transport danych. Jeśli członkowie LoRa Alliance opracują ukierunkowane aplikacje, Możliwości LTE-M nigdy nie mogą ich przenieść.
Przy wyborze odpowiednich technologii LPWAN do projektu IoT należy wziąć pod uwagę kilka czynników. Te trzy główne problemy, które musisz wziąć pod uwagę, to:;
Zużycie energii
Ważne jest, aby wziąć pod uwagę liczbę dni, przez które czujniki będą w terenie, gdy są zasilane z baterii. Także, zastanów się, czy urządzenia będą używane na zewnątrz, nawet w zimowe dni, i jak często Twoje czujniki będą musiały przesyłać dane.
Łączność
Pamiętaj o zasięgu objętym komunikacją, ilość danych potrzebnych do wysłania każdej wiadomości, oraz położenie geograficzne urządzeń. Ponadto, zastanów się, czy wolisz outsourcing usług i infrastruktury swojej sieci, czy też osobiście będziesz kontrolować swoją sieć i przesyłane przez nią dane.
Mobilny lub stacjonarny
Zastanów się, czy Twoje urządzenia będą statyczne, gdy odległość bramy LPWAN jest stała, czy też Twoje urządzenia będą ruchome, a ich infrastruktura będzie obejmować wszystkie możliwe lokalizacje.
Wszystkie sieci LPWAN mają różne mocne i słabe strony pod względem kosztów, moc, i moc. MOKOLoRa ma Rozwiązania LoRaWAN do monitorowania lokalizacji,monitorowanie temperatury i wilgotności, które doskonale sprawdzają się w większych obszarach, takich jak farmy, kampusy, lub miasta wymagające niewielkich transmisji danych.
Inteligentne budynki zmieniają nasze życie i pracę, oferując niespotykany dotąd poziom komfortu, efektywność, oraz…
IoT stał się siłą transformacyjną w naszym połączonym świecie. It’s like the magical key…
Imagine a world without light...scary, Prawidłowy? We’d all be stumbling around in the dark like…
Wejdź do fascynującego świata inteligentnej automatyki biurowej, where technology takes center stage and…
Lasy mogą być trudne do obserwacji. They’re big, and the tangle of…
Stres wodny spowodowany intensywnym upałem może być szkodliwy dla wzrostu roślin, especially for small…
