LPWAN (глобальная сеть с низким энергопотреблением) технологии используют беспроводную связь для передачи данных по глобальной сети. Эта технология специально разработана для передачи сообщений на большие расстояния с низкой скоростью передачи данных.. Эти две особенности отличают технологии LPWAN от других беспроводных глобальных сетей, которые потребляют больше энергии и передают больше данных при подключении к пользователям.. Скорость передачи данных LPWAN варьируется от 0.4 Кбит / с в 40 Кбит / с на частоту.
Помимо использования LPWAN для создания частной беспроводной сенсорной сети, их также можно использовать в качестве сторонней инфраструктуры, которая позволяет пользователям датчиков устанавливать их в полевых условиях без обязательного использования технологии шлюза LPWAN..
В МОКОЛоРа, мы не зависимы от технологий. Мы рассмотрим ваш проект LPWAN против LoRaWAN IoT целостно и порекомендуем наиболее подходящую технологию для вашего конкретного приложения..
Технологии и платформы LPWAN
Некоторые из конкурирующих стандартов и продавцов технологий LPWAN::
• DASH7 – - это двунаправленный стандарт прошивки с низкой задержкой, который работает с несколькими радиотехнологиями LPWAN, такими как LoRa..
• Расширенный спектр щебета (CSS)
• Sigfox - основан на UNB технологии
• LoRa - это запатентованная технология LPWAN, в которой применяется радиомодуляция с расширенным спектром ЛЧМ..
• MIoTy - это стандарт LPWAN, реализующий технологию разделения телеграмм..
• Невесомость - это открытый стандарт, в котором применяется узкополосная технология LPWAN..
Ультра-узкая полоса
Ультратонкая полоса (UNB) это технология модуляции, используемая для технологий LPWAN различными компаниями, такими как;
• Sigfox - основан на технологии UNB..
• Weightless - это набор стандартов связи Weightless SIG..
• Протокол NB-Fi - его разработала компания WAVIoT..
Другие
• DASH7 - это режим разработки, использующий беспроводные сети с низким энергопотреблением.. Эта платформа работает с несколькими стандартами беспроводной радиосвязи, такими как LoRa., LTE, 802.15.4грамм, и многое другое.
• LTE Advanced - это усовершенствованная инфраструктура LTE, разработанная 3GPP для подключенных устройств.
• MySensors - это фреймворк для домашней автоматизации, который можно сделать самостоятельно, который поддерживает различные радио, такие как LoRa..
• Узкополосный Интернет вещей (NB-IoT) - Это попытка стандартизации 3GPP LPWAN, применяемая в сотовых сетях.
• Множественный доступ с произвольной фазой (RPMA) – - это стандарт LPWAN, используемый GE в системе измерения AMI.. Он основан на вариациях технологии CDMA для сотовых телефонов., хотя он применяет нелицензионный спектр 2,4 ГГц.
• Байрон - это из системы Taggle в Австралии..
• Wi-SUN - эта платформа основана на IEEE 802.15.4g..
Основные функции LPWAN
1. Дальний - в сельской местности, технологии LPWAN активно работают в радиусе более десяти километров и менее километра в городских условиях.. Он обеспечивает оперативную передачу данных в ранее недоступных внутренних и подземных помещениях..
2. Низкое энергопотребление - LPWAN оптимизирован для низкого энергопотребления. Его трансиверы используют небольшие, дешевые батареи, которых хватит на 20 годы.
3. Бюджетный: Поскольку LPWAN имеет низкий рабочий диапазон, сводит к минимуму требования к инфраструктуре в сочетании со звездообразной топологией. Это снижает затраты на сеть, так как она также не требует лицензии., или лицензированные диапазоны снижают стоимость сетей.
4. Мало точек доступа - LPWAN требует меньше точек доступа, таких как базовые станции и шлюзы, для покрытия обширных регионов, таких как большие города или страны..
5. Улучшенное распространение и проникновение. Технологии LPWAN обычно работают в нелицензируемом спектре ниже гигагерца. ISM-диапазон. Эта полоса имеет улучшенные характеристики распространения и лучшее покрытие в труднодоступных местах., позволяя проникать сквозь здания и стены.
Что следует учитывать при покупке LPWAN
Каждое приложение LPWAN IoT имеет определенные потребности. Всегда учитывайте следующие факторы, чтобы подтвердить, что вы выбираете подходящие технологии LPWAN для своего IoT-проекта..
а) Качество обслуживания - ключевой гарантией исключительного качества обслуживания и надежности промышленного уровня является высокая скорость приема данных.. Это достигается за счет помехоустойчивости технологий LPWAN, работающих в безлицензионном спектре..
б) Масштабируемость - очень важно иметь обширную сетевую емкость для расширения будущих сетей и невероятного количества конечных устройств.. Один из основных указателей, на который следует обратить внимание, - это количество устройств и ежедневных сообщений, которыми может управлять конкретная базовая станция..
c) Срок службы батареи - потребление малой мощности значительно снижает общую стоимость владения, а также помогает в достижении устойчивых бизнес-целей в сетях удаленных датчиков..
d) Мобильность - очень важно иметь конечные узлы, которые передают данные на высоких скоростях., обеспечение доступа к основным приложениям Интернета вещей, таким как телематика для автопарков и безопасность рабочих.
е) Безопасность - убедитесь, что ваши технологии LPWAN имеют многоуровневое шифрование с надежными системами аутентификации и идентификации, которые безопасно интегрируют и передают данные..
ж) Общедоступная и частная сеть - частные системы LPWA обеспечивают более гибкое покрытие и дизайн сети., в то время как общедоступные системы LPWA регулярно вызывают озабоченность по поводу конфиденциальности данных.
грамм) Соответствие стандартам: стандартные решения лучше, поскольку они обеспечивают долгосрочное взаимодействие и надежность с другими сетевыми компонентами IIoT, в то же время избегая проблем, связанных с привязкой к поставщику..
Важность стандартизации
Стандартизация - одна из основных составляющих надежной сети LPWAN и IoT.. Он предоставляет требовательную, но четкую техническую основу, сертифицированную организациями по разработке стандартов, такими как 3GPP., ПОИСК, IETF, IEEE, и многое другое. Стандартизированная технология предлагает различные преимущества, такие как улучшенное качество и надежность., давняя совместимость, эластичность изобретения, и универсальная масштабируемость.
В области LPWAN есть две технологии, которые успешно работают в сфере стандартизации..
• Технология разделения Telegram - эта технология предназначена для сетей с низкой пропускной способностью и основана на стандарте ETSI..
• Cellular LPWAN – эта технология основана на 3НЕ ВАЖНО стандарты.
Другие промышленные союзы, поддерживающие стандартный рост, были созданы вокруг запатентованных решений LPWAN.. тем не менее, эта борьба не санкционирует устойчивость технологии и не может охватить весь сетевой стек, как в Альянс ЛоРа.
Сравнение лицензионных и нелицензионных сетей LPWAN
В лицензированных сетях LPWAN применяется лицензированный радиочастотный спектр, работающий в неограниченных сетях.. Он поддерживает стандарты 3GPP и GSM.. Эти стандарты улучшают то, как устройства LPWAN перемещаются из одной сети в другую, поскольку это способствует мобильности сети.. Кроме того, использование лицензированной LPWAN дает подключенному устройству более высокий уровень исключительности для подключения. Это повышает его надежность и безопасность.. Некоторые типы лицензированных LPWAN - это узкополосный Интернет вещей. (NB-IoT) и LTE-M.
С другой стороны, нелицензированные LPWAN применяют нелицензированный радиочастотный спектр. Его могут использовать все без исключительности. Нелицензированный LPWAN не предназначен для непрерывных движений на высоких скоростях.. Вместо, он подходит для приложений, например, в областях, где требуется нелицензированная сеть LPWA для единственного привода для подключения устройств в этом регионе и в местах, где общедоступная система LPWA недоступна. Пример нелицензионного LPWAN - LoRaWAN..
LPWAN против LoRaWAN: Какая технология является ведущей на текущем рынке?
В настоящее время, рынок LPWAN все еще находится на начальной стадии. Он характеризуется высокой степенью сетевого следа и дезинтеграции технологии, которая все еще далека от мировых технологий.. тем не менее, аналитики рынка предполагают, что это будет незамедлительно объединено вокруг некоторых важных технологий. В 2017, в Технология LoRa был мировым лидером по развертыванию как общедоступных, так и частных сетей.
Однако, Ожидается, что LoRa станет самой быстрорастущей технологией к концу 2022. Аналитики рынка ожидают, что LoRa обгонит NB-IoT по количеству подключенных устройств; следовательно, он, вероятно, станет ведущей технологией LPWAN. С другой стороны, LoRa по-прежнему будет ведущим провайдером частной сети. Оба LoRa и NB-IoT представлять вокруг 70 % публичных и частных сетей на текущем рынке. более того, Ожидается, что LoRa увеличит свою долю рынка примерно до 85% к концу 2027.
Ограничения LPWAN
Хотя технологии LPWAN имеют значительные преимущества при их применении, у него также есть некоторые ограничения. Эти ограничения включают;
а) LPWAN передает гораздо меньше данных, чем другие технологии - скорости передачи данных технологий LPWAN в основном варьируются от 100 до 10 кбит / с.. Такие низкие скорости делают технологию непригодной для приложений средней мощности.. Устройства, которые непрерывно передают большие объемы данных между датчиками с малой задержкой, требуют для полноценного функционирования сетей с большей пропускной способностью..
б) Помехи и ошибки - поскольку большинство протоколов LPWAN передаются по нелицензируемым полосам частот LPWAN, они рискуют столкнуться с ошибками и помехами при обмене данными. Например, среда розничной торговли иногда испытывает помехи, когда в ее настройках сосуществуют считыватели RFID.
c) Недостаточно развитое покрытие - покрытие LPWAN сравнительно недостаточно развито по сравнению с другими технологиями.. Большинство операторов сотовой связи разработали разветвленные сети, которые легко поддерживают Интернет вещей.. Для полной поддержки приложений LPWAN IoT, операторы сотовой связи сталкиваются с серьезными препятствиями, которые им необходимо преодолеть.. Кроме того, операторы сотовой связи придерживаются строгих руководящих принципов в отношении инфраструктуры, которые относительно дороги, в то время как операторы LPWAN не подчиняются синхронизированным свойствам башни.
История технологий LPWAN
Появление LPWAN на рынке восходит к концу 1980-х годов.. Это было после того, как ADEMCO построила сеть с низким уровнем передачи данных., используется для наблюдения за панелями сигнализации. Компания Motorola также представила ARDIS. (низкоскоростная обширная сеть) используется в процессах отслеживания транзакций и автоматизации продаж за тот же период. Хотя эти нововведения отличаются от нынешних LPWAN, они по-прежнему служат предшественниками новых технологий.
С появлением 2G в 1990-х гг., большинство операторов сотовой связи могут передавать данные вместе с голосом на большие расстояния. Кроме того, спрос на Интернет быстро рос с течением времени, подталкивая компании к использованию возможностей подключения на своих устройствах. Эта тенденция привела к появлению недорогих, решения для беспроводной связи с низким энергопотреблением, такие как LPWAN.
В последнее время, LPWAN стали одним из решений. Sigfox была первой технологией LPWAN, представленной на рынке французской компанией в г. 2009. Эта технология смогла более эффективно интегрировать приложения реального времени, чем предыдущие радиотехнологии.. Сегодня, LPWAN LoRa запатентован и широко используется более чем в 57 стран мира.
Позже после 3 годы, Semtech представила протокол LPWAN LoRa, который работает в нескольких нелицензируемых диапазонах в зависимости от его местоположения.. Вместо разработчиков, использующих уже существующую инфраструктуру, они могут использовать LoRa для настройки своих глобальных сетей. Это привело к появлению некоторых публичных провайдеров LoRaWAN, таких как The Things Network., Билл, и machineQ.
В настоящее время, различные компании устанавливают LPWAN для нескольких приложений, где большинство из них активно участвует в LoRa Alliance. Альянс LoRa был создан в марте. 2015 способствовать торжеству протоколов LPWAN. Это благотворительная ассоциация с более чем 500 члены организации.
Существуют ли технологии LPWAN на основе ячеистых сетей??
Вкратце, ячеистые сети не могут быть отнесены к сетям LPWAN. Mesh-сети спроектированы с взаимосвязанными веб-узлами, каждый из которых независимо распространяет радиосигналы.. Ячеистые сети состоят из трех компонентов, которые работают вместе для передачи данных от одного беспроводного датчика к другому.. Эти компоненты ячеистой сети; шлюзы, конечные точки, и повторители. тем не менее, Ячеистая технология энергонезависима и лучше подходит для использования в устройствах, которые отправляют данные на средние расстояния..
Взаимосвязь LPWANS и Интернета вещей
LPWAN станут более важными, поскольку пространство Интернета вещей, вероятно, будет быстро расти.. Несколько устройств LPWAN в различных отраслях и сферах работают вместе, чтобы компьютеризировать свою функциональность., минимизировать операционные расходы, и поднимитесь на большую высоту производительности.
Существует потребность в беспроводных сетях, которые могут быстро передавать данные на большие расстояния при меньшем потреблении энергии.. Кроме того, компаниям, устанавливающим устройства IoT, требуются экономичные решения, которые одновременно эффективно подключают несколько датчиков к Интернету.. Или иначе, самые захватывающие приложения Интернета вещей нереальны.
Влияние 5G на LPWAN
Следующая революция в беспроводной сотовой связи - 5G. Технологии обещают исключительную скорость передачи данных при минимальных затратах и задержках.. Таким образом, за счет производительности 5G, технология откроет невероятные технологические инновации.
Кроме того, технология 5G призвана значительно улучшить возможности подключения к Интернету вещей и увеличить количество беспроводных датчиков, которые могут быть одновременно подключены к Интернету и друг к другу.. Важность технологий LPWAN, вероятно, будет расти с расширением покрытия 5G..
Приложения LPWAN
Ниже приведены различные варианты использования технологий LPWAN..
Электрический учет
LPWANS могут применяться в учете электроэнергии.. Компании на рынке электросчетчиков обычно нуждаются в регулярной связи., высокие скорости передачи данных, и меньшие задержки. По сути, для этих электросчетчиков LPWAN не требуются батареи с длительным сроком службы или более низкий уровень энергопотребления, поскольку они имеют бесперебойный источник питания.. Для компаний электросчетчиков, чтобы принимать мгновенные решения, такие как прерывания, грузы, и отключения, им требуется сетка в реальном времени для мониторинга.
Умное сельское хозяйство
LPWAN также используются в сельском хозяйстве.. Здесь, Технологии LPWAN должны иметь сенсорные устройства с длительным временем автономной работы. Эти сенсорные устройства значительно повышают урожайность и минимизируют потребление воды.. Устройства также регулярно обновляют данные, которые они воспринимают, каждый раз, когда они испытывают какие-либо изменения в условиях окружающей среды..
Автоматизация производства
В автоматизации производства, LPWAN контролируют оборудование в реальном времени, Таким образом повышается эффективность за счет возможности дистанционного управления и значительно улучшается промышленная производственная линия.. В автоматизации производства существует несколько типов коммуникаций и датчиков.. LoRa - идеальное решение для приложений, которым требуются долговечные батареи и недорогие датчики для мониторинга и отслеживания активов..
Умное здание
Датчики LPWAN IoT в умных зданиях для обеспечения безопасности, температура, влажность, электрические розетки, и поток воды развернуты, чтобы предупредить управляющих недвижимостью. Эти датчики также помогают предотвратить повреждения и оперативно реагировать на запросы без необходимости наличия ручного монитора здания.. Для этих датчиков требуются дешевые устройства LPWAN Technologies с долговечными батареями..
Пункты розничной торговли
LPWAN используются в системах точек продаж, которым требуются услуги гарантированного качества.. Эти системы обеспечивают регулярную связь; следовательно, они построены с постоянным источником электроэнергии.. Им настоятельно необходима яркая низкая задержка, которая не ограничивает количество совершаемых транзакций..
Логистика слежения за поддонами
В настоящее время, LPWAN применяются при отслеживании логистических поддонов для определения местонахождения и состояния товаров.. Каждая логистическая компания должна иметь свою систему LPWAN Technologies, чтобы гарантировать гарантированное покрытие своих объектов.. Приложение для отслеживания логистических поддонов является прекрасным примером решения гибридного развертывания.. Для этого требуются дешевые устройства с долговечными аккумуляторами, и его можно легко развернуть на всех транспортных средствах..
Безопасность технологий LPWAN
Все инфраструктуры LPWAN IoT сталкиваются с рядом проблем, связанных с безопасностью. Интернет вещей расширяет платформу атак из-за относительно большого времени передачи и больших диапазонов подключения.. Каждая технология обеспечивает обмен данными с помощью своих мер безопасности, поскольку все они подвержены риску потенциальной уязвимости..
LoRA обеспечивает безопасность, используя метод шифрования AES-128.. Этот метод предлагает несколько уровней шифрования в LoRaWAN.. LoRa использует ключи приложений и сеть для безопасной передачи своих пакетов в сеть.. Ключи сеанса сети и приложения создаются с использованием 128 бит ключ приложения AES (Ключ приложения).
Сетевой сеансовый ключ, совместно используемый сетевым сервером и конечными устройствами, отвечает за создание и проверку кода целостности сообщения, который гарантирует целостность сообщения.. Кроме того, ключ сеанса сети можно использовать для разработки уникальных подписей для каждого устройства. Сеансовый ключ приложения выполняет шифрование и дешифрование данных.. Операция XOR шифрует каждое сообщение. Кроме того, он генерирует зашифрованную полезную нагрузку, используя поток ключей, созданный ключами сеанса сети и приложения., вместе со счетчиком сообщений восходящего и нисходящего каналов.
Лора дает одинаковую длину сообщения до и после шифрования, и это дает злоумышленнику шанс восстановить основной поток сообщений из зашифрованных сообщений.. Даже с механизмом безопасности, установленным для устройств LoRa, эти устройства все еще уязвимы для глушения, червоточина, и повторить атаки.
Будущее технологий LPWAN
Хотя LPWAN имеют важные преимущества и возможности, у них все еще есть несколько серьезных проблем и связанных с ними факторов риска. LTE-M и NB-IoT, Оба стандарта являются стандартами сотовой связи, разработанными несколькими ведущими отраслями, такими как Nokia и Qualcomm., являются одним из основных рисков для LPWAN.. Эти сети могут быть легко модернизированы и развернуты в сетевом сотовом программном обеспечении такими крупными операторами, как Verizon и AT.&T с одним щелчком переключателя. Это позволяет сотовым компаниям эффективно обслуживать свои узкополосные приложения за счет переформатирования голосовых частот GSM без необходимости в дополнительном оборудовании..
Что лучше, так это то, что эти сотовые компании могут сформулировать это, используя ту же доступную цену, когда они захотят это сделать.. Сотовые компании, скорее всего, будут продавать LTE-M крупным компаниям, которые используют большие объемы мобильных данных и голосовых услуг.. Поскольку операторы сотовой связи собирают огромные суммы долларов в контрактах на мобильные телефоны, им по-прежнему нужно предоставлять дешевые недорогие услуги передачи данных. Это может дать им возможность украсть некоторые из них, если они будут реализовывать это в качестве своей стратегии.. Предпочтительно, провайдеры сотовой связи должны стараться предлагать больше, чем просто транспортировка данных. Если участники LoRa Alliance разработают целевые приложения, Возможности LTE-M никогда их не сдвинут.
Как определить правильные технологии LPWAN
При выборе подходящих технологий LPWAN для вашего IoT-проекта важно учитывать несколько факторов.. Эти три основные проблемы, которые вы должны принять во внимание:;
Потребляемая мощность
Важно учитывать количество дней, в течение которых ваши датчики будут находиться в поле при питании от батареи.. Также, подумайте, будут ли устройства использоваться на открытом воздухе, даже в зимние дни, и как часто ваши датчики должны будут передавать данные.
Связь
Имейте в виду диапазон, охватываемый коммуникациями., количество данных, необходимых для отправки каждого сообщения, и географическое расположение устройств. более того, подумайте, предпочитаете ли вы аутсорсинг обслуживания и инфраструктуры вашей сети или будете ли вы лично контролировать свою сеть и данные, которые передаются по ней..
Мобильный или стационарный
Подумайте, будут ли ваши устройства статичными при постоянном расстоянии между шлюзом LPWAN или ваши устройства будут перемещаться, а их инфраструктура будет покрывать все возможные местоположения..
Все сети LPWAN имеют разные достоинства и недостатки по стоимости., власть, и власть. МОКОЛора имеет Решения LoRaWAN для мониторинга местоположения,мониторинг температуры и влажности, который идеально подходит для использования на больших площадях, таких как фермы, кампусы, или города, требующие передачи небольших объемов данных.
