LPWAN vs LoRaWAN: LoRaWAN é líder entre as tecnologias LPWAN?

LPWAN vs LoRaWAN: LoRaWAN é líder entre as tecnologias LPWAN?
LPWAN vs LoRaWAN

LPWAN (rede de longa distância de baixa potência) tecnologias usam telecomunicações sem fio para transmitir dados em uma rede de área ampla. Esta tecnologia é projetada especificamente para permitir a transmissão de comunicações de longo alcance em baixas taxas de bits. Esses dois recursos distinguem as tecnologias LPWAN de outras WANs sem fio que usam mais energia e transportam mais dados ao se conectar aos usuários. A taxa de dados do intervalo LPWAN de 0.4 Kbit / s para 40 Kbit / s por frequência.

Além de LPWANs sendo usados ​​para criar uma rede privada de sensores sem fio, eles também podem ser usados ​​como uma infraestrutura de terceiros que permite aos usuários de sensores configurá-los em campo sem necessariamente colocar a tecnologia de gateway LPWAN.

Em MOKOLoRa, nós somos agnósticos em tecnologia. Vamos contemplar seu projeto LPWAN vs LoRaWAN IoT holisticamente e recomendar a tecnologia mais apropriada para sua aplicação exata.

Tecnologias e plataformas LPWAN

Alguns dos padrões e vendedores concorrentes para as tecnologias LPWAN são:

• DASH7 – é um padrão de firmware bidirecional com baixa latência que funciona em várias tecnologias de rádio LPWAN, como LoRa.

• Espectro de propagação chirp (CSS)

• Sigfox - é baseado no Tecnologia UNB

• LoRa - É uma tecnologia LPWAN patenteada que aplica a modulação de rádio de espectro espalhado chirp.

• MIoTy - É um padrão LPWAN que implementa a tecnologia de divisão de telegramas.

• Weightless - É um padrão aberto que aplica a tecnologia de banda estreita LPWAN.

Banda ultra estreita

A banda ultra estreita (UNB) é uma tecnologia de modulação usada para tecnologias LPWAN por diferentes empresas, como;

• Sigfox - é baseado na tecnologia UNB.

• Weightless - É um conjunto de padrões de comunicação SIG Weightless.

• Protocolo NB-Fi - WAVIoT Company o desenvolveu.

Outros

• DASH7 - É uma modalidade de framework de desenvolvimento que utiliza redes wireless com baixo consumo de energia. Esta plataforma funciona em vários padrões de rádio sem fio, como LoRa, LTE, 802.15.4g, e muitos mais.

• LTE Advanced - É um avanço das infraestruturas LTE projetadas pelo 3GPP para coisas conectadas

• MySensors - É uma estrutura de automação residencial "faça você mesmo" que oferece suporte a vários rádios, como LoRa.

• NarrowBand IoT (NB-IoT) - É um esforço de padronização 3GPP LPWAN aplicado em redes celulares

• Acesso múltiplo de fase aleatória (RPMA) – é um padrão LPWAN usado na medição AMI da GE. É baseado em variações da tecnologia CDMA para telefones celulares, embora aplique o espectro não licenciado de 2,4 GHz.

• Byron - É da Taggle Systems na Austrália.

• Wi-SUN - Esta plataforma é baseada em IEEE 802.15.4g.

Tecnologias e plataformas LPWAN

Recursos principais do LPWAN

1. Longo alcance - Em áreas rurais, as tecnologias LPWAN trabalham ativamente em um raio de mais de dez quilômetros e menos de um quilômetro em ambientes urbanos. Ele permite a comunicação operacional de dados em ambientes internos e subterrâneos anteriormente inviáveis.

2. Baixa energia - LPWAN é otimizado para consumir baixa energia. Seus transceptores usam pequenos, baterias baratas que podem durar até 20 anos.

3. Baixo custo: Como LPWAN tem uma faixa operacional baixa, ele minimiza os requisitos de infraestrutura quando combinado com uma topologia em estrela. Reduz os custos da rede, uma vez que também não tem licença, ou bandas licenciadas reduzem o custo das redes.

4. Poucos pontos de acesso - LPWAN precisa de menos pontos de acesso, como estações base e gateways para cobrir vastas regiões como grandes cidades ou países.

5. Propagação e penetração aprimoradas - As tecnologias LPWAN normalmente operam em um espectro não licenciado sob o Sub-GHz banda ISM. Esta banda tem propriedades de propagação aprimoradas e melhor cobertura em áreas restritas, permitindo a penetração através de edifícios e paredes.

propriedades de propagação de lpwan

O que considerar ao comprar LPWANs

Cada aplicativo LPWAN IoT tem necessidades definidas. Sempre considere os seguintes fatores para certificar que você escolheu as tecnologias LPWAN adequadas para o seu projeto de IoT.

uma) Qualidade de serviço - A principal garantia para um QoS excepcional e confiabilidade de nível industrial é a alta taxa de recepção de dados. Isso é obtido pela imunidade a interferências para tecnologias LPWAN que funcionam em um espectro livre de licença.

b) Escalabilidade - é essencial ter uma ampla capacidade de rede para expandir as redes futuras e um número incrível de dispositivos finais. Um indicador principal a ser observado é o número de dispositivos e mensagens diárias que uma determinada estação base pode controlar.

c) Vida útil da bateria - O consumo de baixa energia minimiza consideravelmente o custo total de propriedade, e também auxilia na realização de objetivos de negócios sustentáveis ​​em redes de sensores remotos.

d) Mobilidade - é essencial ter nós finais que transmitem dados em altas velocidades, permitindo as principais aplicações de IoT, como telemática de frota e a segurança dos trabalhadores.

e) Segurança - Garanta que suas tecnologias LPWAN tenham criptografia multicamadas com autenticação robusta e sistemas de identificação que integram e transmitem dados com segurança.

f) Rede pública versus rede privada - os sistemas LPWA privados têm cobertura e design de rede mais flexíveis, enquanto os sistemas LPWA públicos levantam regularmente questões de privacidade de dados.

g) Propriedade versus padrão - as soluções padrão são melhores, pois garantem interoperabilidade e confiabilidade de longo prazo com outros componentes de rede IIoT e, ao mesmo tempo, evitam os problemas de dependência do fornecedor.

Recursos do LPWAN

Importância da padronização

Um dos principais pilares de uma rede LPWAN e IoT robusta é a padronização. Ele fornece uma estrutura técnica exigente, mas clara, certificada por Organizações de Desenvolvimento de Padrões, como 3GPP, PROCURAR, IETF, IEEE, e muitos mais. Uma tecnologia padronizada oferece diferentes benefícios, como maior qualidade e confiabilidade, interoperabilidade de longa data, elasticidade da invenção, e escalabilidade universal.

O reino LPWAN tem duas tecnologias que prosperam nos esforços de padronização.

• Tecnologia de divisão de telegrama - Esta tecnologia é para redes de baixo rendimento e é centrada no padrão ETSI.

• LPWAN Celular – Esta tecnologia é baseada na 3ISSO NÃO IMPORTA padrões.

Padronização LPWAN

Outras alianças industriais que suportam o crescimento padrão foram estabelecidas em torno das soluções LPWAN proprietárias. no entanto, essas lutas não sancionam a sustentabilidade da tecnologia e não podem cobrir toda a pilha de rede como no Aliança LoRa.

Comparação entre LPWANs licenciados e não licenciados

LPWANs licenciados aplicam um espectro de rádio que é licenciado e funciona em redes irrestritas. Suporta os padrões 3GPP e GSM. Esses padrões melhoram a forma como os dispositivos LPWAN fazem roaming de uma rede para outra, pois facilita a mobilidade da rede. além disso, usar um LPWAN licenciado dá ao dispositivo conectado um maior nível de excepcionalidade para conectar. Isso melhora sua confiabilidade e segurança. Alguns tipos de LPWAN licenciados são Narrowband IoT (NB-IoT) e LTE-M.

Comparação entre LPWANs licenciados e não licenciados

Por outro lado, os LPWANs não licenciados aplicam um espectro de rádio não licenciado. Pode ser usado por todos sem exclusividade. LPWAN não licenciado não foi construído para lidar com movimentos contínuos em altas velocidades. Em vez de, é adequado para aplicações como em áreas onde uma rede LPWA não licenciada é necessária para a unidade única de dispositivos de ligação naquela região e locais onde um sistema LPWA público não está disponível. Um exemplo de LPWAN não licenciado é LoRaWAN.

LPWANs não licenciados

LPWAN vs LoRaWAN: Qual é a tecnologia líder no mercado atual?

Atualmente, o mercado de LPWAN ainda está em seu estágio inicial. É caracterizado por um alto grau de trilha de rede e desintegração da tecnologia que ainda está distante da tecnologia global. no entanto, analistas de mercado propõem que isso está prontamente se fundindo em torno de algumas tecnologias significativas. Em 2017, a tecnologia LoRa era líder de mercado global na implantação de redes públicas e privadas.

no entanto, LoRa deve ser a tecnologia de crescimento mais rápido no final de 2022. Analistas de mercado esperam que LoRa ultrapasse NB-IoT no número de dispositivos conectados; portanto, provavelmente se tornará as tecnologias líderes de LPWAN. Por outro lado, LoRa ainda será o provedor líder de uma rede privada. Ambos LoRa e NB-IoT representar ao redor 70 % de redes públicas e privadas no mercado atual. além disso, Prevê-se que LoRa melhore sua participação de mercado para aproximadamente 85% no final de 2027.

lorawan líder nas tecnologias lpwan

Limitações de LPWANs

Embora as tecnologias LPWAN tenham benefícios significativos com sua aplicação, também tem algumas limitações. Essas limitações incluem;

uma) LPWAN transmite muito menos dados do que outras tecnologias - As taxas de dados das tecnologias LPWAN variam principalmente de 100bps a 10s de Kbps. Essas taxas baixas tornam a tecnologia inadequada para aplicativos moderadamente poderosos. Dispositivos que transferem continuamente grandes quantidades de dados entre os sensores em latências baixas requerem redes de maior capacidade para funcionar totalmente.

b) Interferência e erros - Como a maioria dos protocolos LPWAN são transmitidos por bandas de frequência LPWAN não licenciadas, eles correm o risco de experimentar erros e interferências ao trocar dados. Por exemplo, um ambiente de varejo às vezes sofre interferência quando tem leitores RFID coexistindo em suas configurações.

c) Cobertura subdesenvolvida - a cobertura LPWAN é comparativamente subdesenvolvida em comparação com outras tecnologias. A maioria das operadoras de celular desenvolveu redes extensas que suportam prontamente a Internet das Coisas. Para oferecer suporte total aos aplicativos LPWAN IoT, provedores de celular têm uma obstrução inicial complexa que precisam superar. além disso, operadoras de celular têm princípios orientadores de infraestrutura estritos, que são relativamente caros, enquanto os operadores LPWAN não estão sujeitos às propriedades da torre sincronizada.

História da LPWAN Technologies

A introdução do LPWAN no mercado pode ser rastreada até o final dos anos 1980. Isso foi depois da construção de uma rede de baixo volume de dados pela ADEMCO, usado para monitorar painéis de alarme. A Motorola Company também lançou o ARDIS (uma vasta rede de área de baixa velocidade) usado no rastreamento de transações e processos de automação de vendas no mesmo período. Embora essas inovações sejam diferentes dos LPWANs atuais, eles ainda servem como predecessores da tecnologia emergente.

Com a introdução do 2G na década de 1990, a maioria das operadoras de celular pode transmitir dados junto com voz em longas distâncias. além disso, a demanda pela internet aumentou rapidamente ao longo do tempo, levando as empresas a adotar recursos de conectividade em seus dispositivos. Essa tendência levou ao surgimento de modelos de baixo custo, soluções de comunicação sem fio de baixa potência, como LPWANs.

Recentemente, LPWANs surgiram como uma solução. Sigfox foi a primeira LPWAN Technologies a ser introduzida no mercado por uma empresa francesa em 2009. A tecnologia foi capaz de incorporar aplicativos em tempo real com mais eficiência do que as tecnologias de rádio anteriores. Hoje, o LPWAN de LoRa é patenteado e amplamente utilizado em mais de 57 países globalmente.

Mais tarde depois 3 anos, A Semtech introduziu o protocolo LPWAN LoRa que opera em várias bandas não licenciadas, dependendo de sua localização. Em vez de desenvolvedores usando a infraestrutura já existente, eles podem usar LoRa para configurar suas redes de longa distância. Isso levou ao surgimento de alguns provedores LoRaWAN públicos, como The Things Network, Conta, e machineQ.

Atualmente, várias empresas estão instalando LPWANs para diversos aplicativos, onde a maioria deles participa ativamente da LoRa Alliance. A LoRa Alliance foi estabelecida em março 2015 para promover o triunfo dos protocolos LPWAN. É uma associação de caridade com mais 500 membros da organização.

Existem tecnologias LPWAN baseadas em rede mesh?
Brevemente, redes mesh não podem ser categorizadas como redes LPWAN. As redes mesh são projetadas com nós da web interconectados, onde cada um deles estende os sinais de rádio de forma independente. As redes mesh têm três componentes que funcionam em conjunto para transmitir dados de um sensor sem fio para o outro. Esses componentes de rede mesh são; entradas, pontos finais, e repetidores. no entanto, a tecnologia mesh é incompetente em energia e é melhor para uso em dispositivos que enviam dados em distâncias médias.

malha lpwan

A relação de LPWANS e IoTs
LPWANs devem se tornar mais críticos, já que o espaço da Internet das Coisas provavelmente crescerá. Vários dispositivos LPWAN em vários setores e espaços trabalham em conjunto para informatizar sua funcionalidade, minimizar custos operacionais, e voar para maiores níveis de produtividade.

Há necessidade de redes sem fio que possam transferir dados rapidamente por longas distâncias, consumindo menos energia. além disso, empresas que configuram dispositivos IoT exigem soluções econômicas que conectem efetivamente vários sensores à Internet simultaneamente. Se não, os aplicativos IoT mais empolgantes não serão realistas.

Impacto de 5G em LPWANs
A próxima revolução nas comunicações de celular sem fio móvel é 5G. As tecnologias prometem taxas de dados excepcionais com custos e latências minimizados. Assim, devido às capacidades de desempenho 5G, a tecnologia abrirá incríveis inovações tecnológicas.

além disso, a tecnologia 5G é definida para melhorar a conectividade da IoT enormemente e melhorar o número de sensores sem fio que podem ser conectados simultaneamente à internet e uns aos outros. A importância das tecnologias LPWAN tende a crescer com a disseminação da cobertura 5G.

Aplicativos LPWAN
Abaixo estão os vários casos de uso de aplicação das tecnologias LPWAN.

aplicações lpwan

Medição elétrica

LPWANS pode ser aplicado em medição elétrica. As empresas do mercado de medição elétrica geralmente precisam de comunicações regulares, altas taxas de dados, e latências mais baixas. Essencialmente, esses medidores elétricos LPWAN não requerem baterias de longa duração ou menores taxas de consumo de energia, pois têm uma fonte de energia ininterrupta. Para as empresas de medidores elétricos tomarem decisões instantâneas, como interrupções, cargas, e interrupções, eles exigem uma grade em tempo real para fins de monitoramento.

Agricultura inteligente

LPWANs também são usados ​​na agricultura. Aqui, as tecnologias LPWAN devem ter dispositivos sensores com bateria de longa duração. Esses dispositivos sensores melhoram significativamente os rendimentos e minimizam as taxas de consumo de água. Os dispositivos também atualizam regularmente os dados que detectam sempre que experimentam qualquer mudança nas condições ambientais.

Automação de manufatura

Na automação de manufatura, LPWANs monitoram máquinas em tempo real, melhorando assim a eficiência, permitindo o controle remoto e melhorando significativamente a linha de produção industrial. Existem vários tipos de comunicação e necessidades de sensor na automação de fábrica. LoRa é uma solução perfeita para aplicações que precisam de baterias de longa duração e sensores de baixo custo para monitoramento e rastreamento de ativos.

Edifício inteligente

Sensores LPWAN IoT em edifícios inteligentes para segurança, temperatura, umidade, plugues elétricos, e o fluxo de água são implantados para alertar os gerentes de propriedade. Esses sensores também ajudam a prevenir danos e reagir prontamente às demandas, sem necessariamente ter um monitor manual de construção. Esses sensores exigem dispositivos LPWAN Technologies baratos com baterias de longa duração.

Estações de ponto de venda de varejo

LPWANs são usados ​​em sistemas de ponto de venda que precisam de serviços de qualidade garantida. Esses sistemas lidam com comunicações regulares; portanto, eles são construídos com uma fonte contínua de energia elétrica. Eles exigem fortemente uma baixa latência vibrante que não limite o número de transações feitas.

Rastreamento de paletes logísticos

Atualmente, LPWANs são aplicados no rastreamento de paletes logísticos para determinar a localização e as condições dos produtos. Toda empresa de logística precisa ter seu sistema LPWAN Technologies para garantir a cobertura garantida em suas instalações. A aplicação de rastreamento de paletes logísticos é um exemplo perfeito de uma solução de implantação híbrida. Requer dispositivos baratos com baterias de longa duração e pode ser facilmente implantado em todos os veículos.

Segurança das tecnologias LPWAN

Todas as infraestruturas LPWAN IoT enfrentam vários desafios relacionados à segurança. A IoT amplia a plataforma de ataque devido ao seu tempo relativamente grande de transmissão e longos intervalos de conectividade. Cada tecnologia protege sua comunicação com suas medidas de segurança, pois todas estão em risco de vulnerabilidade potencial.

A LoRA lida com sua segurança usando o método de criptografia AES-128. Esta técnica oferece várias camadas de criptografia em LoRaWAN. LoRa usa chaves de aplicativo e rede para proteger seus pacotes para a rede com segurança. A rede e as chaves de sessão do aplicativo são criadas usando o 128 bit chave de aplicativo AES (Chave de aplicativo).

A chave de sessão de rede compartilhada pelo servidor de rede e dispositivos finais é responsável por gerar e verificar o código de integridade da mensagem que garante a integridade da mensagem. além disso, a chave de sessão de rede pode ser usada para desenvolver assinaturas exclusivas para cada dispositivo. A chave de sessão do aplicativo faz criptografia e descriptografia de dados. Uma operação XOR criptografa cada mensagem. Além disso, ele gera a carga criptografada usando um fluxo de chaves criado pela rede e as chaves de sessão do aplicativo, junto com o contador de mensagens de uplink e downlink.

Lora dá o mesmo comprimento de mensagem antes e depois da criptografia, e oferece uma chance para a entidade maliciosa de reconstruir o mainstream a partir das mensagens criptografadas. Mesmo com o mecanismo de segurança estabelecido para dispositivos LoRa, esses dispositivos ainda são vulneráveis ​​a bloqueios, buraco de minhoca, e ataques de repetição.

segurança lpwan

O futuro da LPWAN Technologies

Embora LPWANs venham com possibilidades e benefícios críticos, eles ainda têm vários desafios graves e fatores de risco associados a eles. LTE-M e NB-IoT, ambos são padrões de celular estabelecidos por vários setores históricos, como Nokia e Qualcomm, são um dos principais riscos para LPWANs. Essas redes podem ser facilmente atualizadas e implantadas em software de rede celular por grandes operadoras, como Verizon e AT&T com apenas um toque de um botão. Isso permite que as empresas de telefonia celular atendam com eficiência seus aplicativos de banda estreita reenquadrando as frequências GSM de voz sem necessariamente exigir qualquer hardware extra.

O que é melhor é que essas empresas de telefonia celular ainda podem articular isso usando o mesmo ponto de preço alcançável quando desejam fazê-lo. As empresas de celular são mais propensas a comercializar LTE-M para grandes empresas que usam grandes quantidades de dados móveis e serviços de voz. Como os provedores de celulares arrecadam grandes somas de dólares em contratos de aparelhos, eles ainda precisam fornecer serviços de dados low-end baratos. Isso pode dar-lhes a oportunidade de roubar alguns, caso implementem isso como sua estratégia. Preferencialmente, provedores de celular devem tentar oferecer mais valor do que apenas transporte de dados. Se os membros da LoRa Alliance desenvolverem aplicativos direcionados, Oportunidades LTE-M nunca podem movê-los.

Como determinar as tecnologias LPWAN certas

É essencial considerar vários fatores ao selecionar as tecnologias LPWAN certas para o seu projeto de IoT. Essas três preocupações principais que você deve considerar são;

Consumo de energia

É essencial considerar o número de dias em que seus sensores ficarão em campo com a energia da bateria. Também, considere se os dispositivos serão usados ​​ao ar livre, mesmo nos dias de inverno, e com que frequência seus sensores serão necessários para transmitir dados.

Conectividade

Lembre-se do alcance coberto pelas comunicações, a quantidade de dados necessários para enviar cada mensagem, e a localização geográfica dos dispositivos. além disso, considere se você prefere terceirizar o serviço e a infraestrutura de sua rede ou se irá controlar pessoalmente sua rede e os dados que passam por ela.

Móvel ou estacionário

Considere se seus dispositivos serão estáticos onde a distância do gateway LPWAN é constante ou se seus dispositivos serão móveis com sua infraestrutura cobrindo todos os locais possíveis.

Todas as redes LPWAN têm diferentes pontos fortes e fracos no custo, potência, e poder. MOKOLoRa tem Soluções LoRaWAN para monitoramento de localização,monitoramento de temperatura e umidade que são perfeitos para uso em áreas maiores, como fazendas, campus, ou cidades que requerem transmissões de dados de pequeno volume.

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