Поймите разницу между маломощной глобальной сетью и WPAN

В этой статье, мы рассмотрим некоторые из наиболее часто используемых вариантов маломощных широкополосных сетей., фокус на сотовых технологиях (Узкополосный IoT и LT-M), а также те WPAN, которые используют нелицензированную полосу пропускания, ЛоРа/ЛораВАН, и Сигфокс. We’ll also figure out the differentiation between the technologies of LPWAN and WPAN. Технология вещания, использующая более высокие частоты, может передавать больше данных и более высокую скорость передачи данных, чем низкочастотное радио.. Более высокие частоты потребуют большей мощности, в то время как диапазон хода не так велик, как более низкие частоты.. В зданиях, застроенные территории, или зоны с другими источниками помех, диапазон еще меньше. Любая частота в квартире, открытая местность будет иметь более широкий радиус действия, чем в застроенной местности из-за меньшего количества помех. После изучения этих основ, we’ll also direct you on choosing the right technology for your application, с учетом имеющейся мощности, объем данных, который необходимо передать, и диапазон, который вы хотите достичь.

Сеть Интернета вещей на основе радиочастот

В сети существует множество решений для связи устройств IoT на основе радиочастот.. Ради обсуждения, мы делим их на две категории:

• Технология ближнего действия, или технологии WPAN, такие как Bluetooth, Вай фай, Z-волна, и Зигби, иметь короткие расстояния, которые имеют высокую или низкую скорость передачи данных и могут потреблять больше или меньше энергии.
• Большой диапазон, или маломощная глобальная технология, имеет низкое энергопотребление, длинная дистанция, и низкий битрейт.

Беспроводная персональная сеть (WPAN)

Технология WPAN ограничена в возможностях, но может быть расширен с использованием топологии сетки. Сетчатая топология — это реализация сети, в которой каждое устройство многократно отправляет сигналы другим устройствам поблизости.. Как содержание ниже ниже, you’ll find that the main use cases for WPAN are those who don’t care much on range.

Вай фай

Wi-Fi может работать на частоте 2,4 ГГц или 5 ГГц.. Потому что эти частоты выше, Скорость передачи данных WIFI также выше. Каждое устройство имеет 1:1 связь с сетевым маршрутизатором. Как мы видели раньше, дальность связи будет очень мала из-за высокой частоты радиоволн. Традиционные устройства Wi-Fi имеют более высокие требования к мощности., это означает, что большинство доступных устройств должны питаться от электросети.. Вай фай 6 Параметр направлен на снижение энергопотребления устройств Wi-Fi IoT, чтобы устройства IoT могли использовать Wi-Fi.. Однако, there’s still a long way for devices using these new specifications to become easily accessible. WI-FI идеально подходит для ситуаций, когда необходимо мгновенно передавать большие объемы данных.. Например: оборудование камеры, которое необходимо для загрузки видеоклипов 4K.

Решения WI-FI подходят для следующих приложений:

• Высокая скорость передачи данных
• высокое качество обслуживания (вероятность прохождения сообщения)
• Низкая задержка

Решения Wi-Fi плохо подходят для следующих приложений:

• очень широкий диапазон между устройствами и маршрутизаторами
• устройства на батарейках

блютус

Поддерживает несколько режимов Bluetooth. Наиболее актуальным для Интернета вещей режимом является Bluetooth с низким энергопотреблением. (СТАЛ). BLE работает на частоте 2,4 ГГц., но передает только небольшое количество данных. Кроме того, он также использует технологию модуляции FHSS для противодействия помехам.. BLE Bluetooth 4 реализует передачу данных на скорости 1 Мбит/с. блютус 5 доводит до 2 Мбит/с. Диапазон BLE может быть увеличен с помощью Bluetooth Mesh путем передачи сообщений между узлами., но у вас должно быть большое количество узлов, чтобы оставаться на связи в широком диапазоне областей.

Решения BLE больше всего подходят для приложений, требующих:

• Низкое энергопотребление
• Высококачественный сервис
• Низкая задержка
• Используйте сетку Bluetooth для среднего диапазона

Решения BLE не подходят для:

• Долгосрочное использование

Зигби и Z-Wave

Зигби работает на частотах 1000 МГц и 2,4 ГГц соответственно. Z-wave работает на частоте около 900 МГц.. Сигнал будет менее подвержен влиянию помех и более доступен для преодоления препятствий с более низкими частотами.. Более низкие частоты приводят к более низким скоростям передачи данных. В то время как Z-Wave и Zigbee ограничены в возможностях, общий охват сети может быть расширен за счет нескольких устройств в сетке. Zigbee и Z-Wave идеально подходят для устройств с низким энергопотреблением, требующих качественного обслуживания и небольших объемов данных., Например, выключатели света и датчики температуры в домах.

Zigbee и Z-Wave лучше всего подходят для:

• Низкое энергопотребление
• Высококачественный сервис
• Низкая задержка
• Гибкий диапазон нескольких устройств

Zigbee и Z-Wave не подходят для:

• Огромные объемы данных
• Дальний

Глобальная сеть с низким энергопотреблением (LPWAN)

LPWAN технологии могут удовлетворить требования междугородных и маломощных сетей. Если ваша сеть необходима для покрытия больших расстояний, или вам нужно преодолевать препятствия, такие как здания, тогда решение с низким энергопотреблением для больших площадей — отличный вариант для вас. Решение с низким энергопотреблением охватывает широкий диапазон частот в лицензированных и нелицензированных диапазонах.. В следующих разделах, мы обсудим некоторые из наиболее популярных технологий LPWAN.

Cellular – the difference between LPWAN and WPAN

Сотовые сети используют лицензированные диапазоны, обычно в диапазоне от 500 МГц до 4 ГГц, хотя технология 5G может использовать частоты ближе к 100 ГГц. Изначально, сотовые сети были созданы для связи с высокой скоростью передачи данных, Например, голосовые вызовы, которые выполняются на более высоких частотах для передачи больших объемов данных. Чем выше частота, чем меньше расстояние, поэтому в настоящее время существуют стандарты сотовой сети специально для низкочастотной связи IoT для достижения больших расстояний.. Существуют две ключевые спецификации сотовой связи, которые следует учитывать при разработке приложений IoT..

Обе технологии подпадают под 5G: узкополосный Интернет вещей

• NB-IoT, иногда упоминается как CAT-M2 или CAT-NB, категория сотовой связи с узкой шириной частотного канала. NB-IoT потребляет меньше энергии, чем LTE-M, с большим расстоянием.
• LTE-M имеет более высокую скорость передачи данных и меньшую задержку, чем nB-iot. LTE-M также имеет то преимущество, что обеспечивает мобильность устройств по сравнению с NB-IoT., так что если устройство перемещается во время передачи данных, он может переключиться на другую базовую станцию. Скорость передачи данных в сотовых сетях самая высокая среди маломощных глобальных решений., так, размер пакетов, которые вы можете отправить, был увеличен.

Частоты сотовых решений разрешительны, это может уменьшить помехи, и сообщения можно отправлять. Как результат, сотовая технология обеспечивает высокое качество обслуживания и низкую задержку. Если ваш вариант использования требует немедленных действий, such as shutting off a gas valve at a long distance once there’s a leak, тогда вы можете принять во внимание сотовую связь.

Сотовые сети обычно принадлежат операторам мобильной связи.. Выбрав сотовую сеть для своего решения IoT, вы можете воспользоваться уже имеющейся инфраструктурой в зависимости от покрытия вашей целевой области. тем не менее, Спецификации сотового IoT относительно новые,that’s why network providers are still setting up their systems as a support. Вы также можете обнаружить, что покрытие вашего сетевого провайдера ограничено, и вы можете выбрать ту или иную спецификацию. (узкополосный IoT или LTE-M) для обслуживания ваших клиентов. (Примечание: маловероятно, что оба будут реализованы данным сетевым провайдером.)

Одним из вариантов использования, подходящих для реализации сотового IoT, является учет электроэнергии.:

• высокая скорость передачи данных и длина полезной нагрузки
• высокое качество обслуживания
• низкая задержка

Сигфокс и Лора

Sigfox и LoRa используют нелицензированные полосы частот между 433 МГц и 928 МГц для передачи низкочастотных сигналов на большие расстояния.. Как мы увидим, эти технологии имеют некоторые общие характеристики. В отличие от сотовых сетей, Сети LoRa и Sigfox используют топологию звездообразной сети.,это означает, что широковещательные сообщения могут быть получены и доставлены в облако любой базовой станцией в определенной области. Это увеличивает вероятность того, что сигнал будет захвачен, когда устройство находится за пределами диапазона нескольких базовых станций.. И Sigfox, и LoRa могут преодолевать большие расстояния и потреблять меньше энергии, чем Cellular.. Вместо, оба они имеют более медленную скорость передачи данных и больше ограничений на данные и частоту. В одном сообщении может быть отправлено большее количество данных, чаще транслируйте с LoRa, и получите максимально возможный диапазон с Sigfox.

Что общего у Sigfox и LoRa:

• большой радиус действия
• низкое энергопотребление

Sigfox

Компания Sigfox была основана в 2010, становится первой современной маломощной обширной зоной. Sigfox использует нелицензированные диапазоны частот от 862 до 928 МГц., и использует сверхузкополосную модуляцию для отправки сообщений шириной 100 Гц.. Это означает, что устройства Sigfox передают по случайным каналам в заданном рабочем диапазоне., это может быть полезно для снижения вероятности помех фонового шума. Sigfox может достичь максимального диапазона всех технологий, которые мы анализируем., но это приведет к низкой скорости передачи данных из-за узкой полосы пропускания.. Следовательно, небольшое количество данных должно передаваться каждым сообщением менее чем 12 байты.

Пользователи Sigfox могут отправлять не более шести сообщений в час с устройства в облако. (вверх по течению) и не более четырех сообщений в день из облака на устройство (вниз по течению). Эти ограничения означают, что Sigfox идеально подходит для приложений с низким энергопотреблением, которым необходимо передавать всего несколько простых значений в день..

Вы должны были зарегистрировать общедоступную сеть Sigfox сейчас. But it’s ok as, Sigfox позволяет вам запускать частные экземпляры вашей сети, предлагая технологию PAN..

• Sigfox’s advantage: Самый большой диапазон среди всех маломощных опций для широкой области.

ЛоРа и ЛоРаВАН

LoRa использует нелицензированные полосы частот от 433 МГц до 928 МГц в зависимости от региона., и использует запатентованную схему модуляции CSS для доставки данных по более широкой полосе пропускания канала с узкими полосами. (125, 250 и 500 кГц), этим способом, могут быть обеспечены низкий уровень шума и защита от помех. Схему модуляции можно изменить, изменив коэффициент расширения для достижения большего расстояния за счет мощности.. LoRaWAN — это открытый стандартный протокол, определяющий связь между шлюзами и устройствами..

LoRa’s range is larger than Cellular, но меньше, чем Sigfox. тем не менее, it’s flexible of packet size limits, и вы можете передавать больше данных, чем с Sigfox, если конфигурация правильная. Регион, в котором вы находитесь, и скорость передачи данных, которую вы хотите поддерживать, определяют максимальный размер пакета сообщения LoRa.. Более высокие скорости передачи данных означают более короткие диапазоны, потому что частоты выше.

На рынке присутствует множество провайдеров общедоступных сетей LoRaWAN.. Но вы также можете настроить частную сеть, используя собственное программное обеспечение и шлюз..

Ролик имеет множество операций:

• Класс А: требует наименьшей мощности. Устройство спит большую часть времени и просыпается, чтобы отправлять сообщения восходящей линии связи, когда значения датчика изменяются.. Окно получения сообщений от сервера (вниз по течению) очень ограничен.
• Класс B: Также требует очень мало энергии. Устройство спит большую часть времени, но может просыпаться вовремя и сообщать текущие показания при изменении показаний датчика. Окно получения сообщений от сервера (вниз по течению) ограничено.
• Класс C: Требует большей мощности, чем устройства класса A и B, но устройство всегда прослушивает нисходящий канал, если только не транслирует восходящий канал. Гибкость этих многоклассовых операций означает, что LoRaWAN может обслуживать более широкий спектр вариантов использования..

Преимущества LoRaWAN:

• Он контролирует максимальный размер пакета, что выше, чем Sigfox.
• Легко построить частную сеть, которая является экономически эффективной.
• Гибкий, комбинации устройств с различными требованиями к мощности и задержке работают вместе.

Conclusion – the difference between LPWAN and WPAN

Низкие частоты имеют больший диапазон, но при этом несут меньше данных, чем высокие частоты.. Технологии WPAN, такие как Wi-Fi, блютус, Zigbee и Z-Wave имеют более высокие частоты и короткие расстояния. Эти параметры не идеальны для сценариев, где важно расстояние.. Технологии LPWAN способны достигать большей дальности и работать на более низких частотах, чем технологии WPAN.. Мы определили, что правильный метод маломощного широкополосного доступа зависит от вашего варианта использования.. Сотовые технологии, такие как NB-IoT и LTE-M, являются отличным вариантом для сценариев, где сотовая связь и обслуживание, низкая задержка и большие объемы данных важнее, чем мощность, потому что диапазон, вероятно, будет ниже. Sigfox подходит для ситуаций, когда у вас мало данных и вы хотите передавать их на большие расстояния с низким энергопотреблением.. LoRa обеспечивает максимальный контроль, настраиваемая возможность отправки больших объемов данных путем простой настройки частных сетей, а класс C поддерживает меньшую задержку.