Hiểu sự khác biệt giữa diện rộng công suất thấp và WPAN

Hiểu sự khác biệt giữa diện rộng công suất thấp và WPAN
Hiểu sự khác biệt giữa diện rộng công suất thấp và WPAN

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét một số tùy chọn diện rộng công suất thấp được sử dụng phổ biến nhất, tập trung vào công nghệ di động (IoT băng hẹp và LT-M), cũng như những WPAN sử dụng băng thông không được cấp phép, LoRa/LoRaWAN, và Sigfox. Chúng tôi cũng sẽ tìm ra sự khác biệt giữa các công nghệ của LPWAN và WPAN. Công nghệ phát sóng sử dụng tần số cao hơn có thể truyền nhiều dữ liệu hơn và tốc độ bit nhanh hơn so với vô tuyến tần số thấp. Tần số cao hơn sẽ yêu cầu nhiều năng lượng hơn trong khi phạm vi di chuyển không xa bằng tần số thấp hơn. Trong các tòa nhà, khu vực xây dựng, hoặc các khu vực có các nguồn nhiễu khác, phạm vi thậm chí còn nhỏ hơn. Bất kỳ tần số nào trong một căn hộ, khu vực mở sẽ có phạm vi rộng hơn so với khu vực xây dựng do ít nhiễu hơn. Sau khi học những nguyên tắc cơ bản này, chúng tôi cũng sẽ hướng dẫn bạn chọn công nghệ phù hợp cho ứng dụng của bạn, có tính đến sức mạnh có sẵn, lượng dữ liệu bạn cần chuyển, và phạm vi bạn muốn đạt được.

Mạng Internet of Things dựa trên RF

Có nhiều giải pháp giao tiếp thiết bị IoT dựa trên RF trong mạng. Vì lợi ích của cuộc thảo luận, chúng tôi chia chúng thành hai loại:

  • Công nghệ tầm ngắn, hoặc các công nghệ WPAN như Bluetooth, Wifi, Sóng Z, và Zigbee, có khoảng cách ngắn, có tốc độ bit cao hoặc thấp và có khả năng tiêu thụ năng lượng cao hơn hoặc thấp hơn.
  • Tầm xa, hoặc công nghệ diện rộng năng lượng thấp, sử dụng năng lượng thấp, khoảng cách xa, và tốc độ bit thấp.

Mạng khu vực cá nhân không dây (WPAN)

Công nghệ WPAN bị giới hạn trong phạm vi, nhưng có thể được mở rộng bằng cách sử dụng cấu trúc liên kết lưới. Cấu trúc liên kết lưới là một triển khai mạng trong đó mỗi thiết bị liên tục gửi tín hiệu đến các thiết bị khác trong vùng lân cận. Như nội dung bên dưới, bạn sẽ thấy rằng các trường hợp sử dụng chính cho WPAN là những người không quan tâm nhiều đến phạm vi.

Mạng khu vực cá nhân không dây(WPAN)

Wifi

Wi-Fi có thể chạy ở 2.4GHz hoặc 5GHz. Bởi vì những tần số này cao hơn, Tốc độ dữ liệu WIFI cũng cao hơn. Mỗi thiết bị có một 1:1 mối quan hệ với bộ định tuyến mạng. Như chúng ta đã thấy trước đây, phạm vi liên lạc sẽ rất ngắn do tần số cao của sóng RF. Các thiết bị Wi-Fi truyền thống có yêu cầu về nguồn điện cao hơn, nghĩa là hầu hết các thiết bị hiện có cần được cung cấp năng lượng bằng điện lưới. Wifi 6 tham số nhằm mục đích giảm mức tiêu thụ điện năng của các thiết bị IoT Wi-Fi để các thiết bị IoT có thể sử dụng Wi-Fi. Tuy nhiên, vẫn còn một chặng đường dài để các thiết bị sử dụng các thông số kỹ thuật mới này có thể dễ dàng truy cập. WI-FI lý tưởng cho các tình huống cần truyền dữ liệu khối lượng lớn ngay lập tức. Ví dụ: thiết bị máy ảnh cần tải lên video clip 4K.

Các giải pháp WI-FI phù hợp với các ứng dụng sau:

  • Tốc độ dữ liệu cao
  • chất lượng dịch vụ cao (khả năng tin nhắn đi qua)
  • Độ trễ thấp

Các giải pháp Wi-Fi không phù hợp cho các ứng dụng sau:

  • phạm vi rất rộng giữa các thiết bị và bộ định tuyến
  • thiết bị chạy bằng pin

Bluetooth

Hỗ trợ nhiều chế độ Bluetooth. Chế độ phù hợp nhất với Internet of Things là Bluetooth Low Power (ĐÃ TRỞ THÀNH). BLE hoạt động ở 2.4GHz, nhưng chỉ truyền một lượng nhỏ dữ liệu. Ngoài ra, nó cũng sử dụng công nghệ điều chế FHSS để chống lại sự can thiệp. BLE Bluetooth 4 triển khai truyền dữ liệu ở tốc độ 1Mbps. Bluetooth 5 đưa nó lên đến 2Mbps. Phạm vi BLE có thể được tăng lên bằng Bluetooth Mesh theo cách truyền thông điệp giữa các nút, nhưng bạn phải có một lượng lớn các nút để duy trì kết nối trên một phạm vi rộng.

Các giải pháp BLE phù hợp nhất cho các ứng dụng đòi hỏi:

  • Sự tiêu thụ ít điện năng
  • Dịch vụ chất lượng cao
  • Độ trễ thấp
  • Sử dụng lưới Bluetooth cho phạm vi trung bình

Các giải pháp BLE không phù hợp với:

  • Dùng dài hạn

Zigbee và Z-Wave

Zigbee hoạt động ở 1000MHz và 2.4ghz tương ứng. Sóng z hoạt động ở khoảng 900MHz. Tín hiệu sẽ ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu và dễ tiếp cận hơn để vượt qua chướng ngại vật với tần số thấp hơn. Tần số thấp hơn dẫn đến tốc độ dữ liệu thấp hơn. Trong khi Z-Wave và Zigbee có phạm vi hoạt động ngắn, phạm vi tiếp cận tổng thể của mạng có thể được mở rộng với nhiều thiết bị trong một lưới. Zigbee và Z-Wave lý tưởng cho các thiết bị có mức tiêu thụ năng lượng thấp yêu cầu dịch vụ chất lượng cao và lượng dữ liệu nhỏ, Ví dụ, công tắc đèn và cảm biến nhiệt độ trong nhà.

Zigbee và Z-Wave phù hợp nhất cho:

  • Sự tiêu thụ ít điện năng
  • Dịch vụ chất lượng cao
  • Độ trễ thấp
  • Phạm vi linh hoạt của nhiều thiết bị

Zigbee và Z-Wave không phù hợp với:

  • Lượng dữ liệu khổng lồ
  • Tầm xa

Mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN)

LPWAN công nghệ có thể đáp ứng các yêu cầu của mạng đường dài và công suất thấp. Nếu mạng của bạn là cần thiết để phủ sóng khoảng cách xa, hoặc bạn cần vượt qua các chướng ngại vật chẳng hạn như các tòa nhà, thì giải pháp diện rộng công suất thấp là một lựa chọn tuyệt vời cho bạn. Giải pháp diện rộng công suất thấp trải dài một loạt các tần số trên các băng tần được cấp phép và không có giấy phép. Trong các phần sau, chúng ta sẽ thảo luận về một số công nghệ LPWAN phổ biến hơn.

Mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN)

Di động – sự khác biệt giữa LPWAN và WPAN

Mạng di động sử dụng băng tần được cấp phép, thường trong dải 500MHz đến 4GHz, mặc dù công nghệ 5G có thể sử dụng tần số gần hơn 100GHz. Ban đầu, mạng di động được sinh ra cho truyền thông tốc độ dữ liệu cao, Ví dụ, các cuộc gọi thoại đang chạy ở tần số cao hơn để mang theo khối lượng dữ liệu lớn hơn. Tần số càng cao, khoảng cách càng ngắn, vì vậy hiện nay có các tiêu chuẩn mạng di động dành riêng cho truyền thông IoT tần số thấp để đạt được khoảng cách xa hơn. Có hai thông số kỹ thuật di động chính cần được xem xét cho các ứng dụng IoT.

Cả hai công nghệ đều thuộc 5G: IoT băng tần hẹp

  • NB-IoT, đôi khi được gọi là CAT-M2 hoặc CAT-NB, là một danh mục truyền thông di động với độ rộng kênh tần số hẹp. NB-IoT đều sử dụng ít năng lượng hơn LTE-M với khoảng cách xa hơn.
  • LTE-M có tốc độ dữ liệu cao hơn và độ trễ thấp hơn nB-iot. LTE-M cũng có lợi thế là cho phép thiết bị di động qua NB-IoT, vì vậy nếu thiết bị di chuyển trong quá trình truyền dữ liệu, nó có thể chuyển sang một trạm gốc khác. Tốc độ dữ liệu trên mạng di động cao nhất trong số các giải pháp diện rộng công suất thấp, vì thế, kích thước của các gói bạn có thể gửi đã được tăng lên.

Tần số của các giải pháp di động là cho phép, nó có thể giảm nhiễu, và tin nhắn có thể được gửi đi. Kết quả là, công nghệ di động cung cấp dịch vụ chất lượng cao và độ trễ thấp. Nếu trường hợp sử dụng của bạn yêu cầu hành động ngay lập tức, chẳng hạn như tắt van gas ở khoảng cách xa khi có rò rỉ, thì bạn có thể xem xét Cellular.

Mạng di động thường thuộc về các nhà cung cấp mạng di động. Bằng cách chọn mạng di động cho giải pháp IoT của bạn, bạn có thể tận dụng cơ sở hạ tầng đã có dựa trên phạm vi bao phủ của khu vực mục tiêu của bạn. Tuy nhiên, Thông số kỹ thuật IoT di động tương đối mới,đó là lý do tại sao các nhà cung cấp mạng vẫn đang thiết lập hệ thống của họ như một bộ phận hỗ trợ. Bạn cũng có thể thấy rằng phạm vi phủ sóng của nhà cung cấp mạng của bạn bị hạn chế và bạn có thể chọn một hoặc một thông số kỹ thuật khác (IOT băng tần hẹp hoặc LTE-M) để phục vụ khách hàng của bạn. (Ghi chú: không chắc rằng cả hai sẽ được thực hiện bởi một nhà cung cấp mạng nhất định.)

Một trường hợp sử dụng phù hợp để triển khai IoT di động là đo điện:

  • tốc độ dữ liệu cao và độ dài tải trọng
  • chất lượng dịch vụ cao
  • độ trễ thấp

Sigfox và LoRa

Sigfox và LoRa sử dụng các băng tần không được cấp phép từ 433MHz đến 928MHz để truyền tín hiệu tần số thấp trên phạm vi dài. Như chúng ta sẽ thấy, những công nghệ này có chung một số đặc điểm. Không giống như mạng di động, Mạng LoRa và Sigfox sử dụng cấu trúc liên kết mạng hình sao,có nghĩa là bất kỳ trạm gốc nào trong phạm vi cụ thể đều có thể nhận và gửi các tin nhắn quảng bá tới đám mây. Điều này làm tăng cơ hội thu được tín hiệu khi thiết bị ở phạm vi bên ngoài của nhiều trạm gốc. Cả Sigfox và LoRa có thể bao phủ khoảng cách xa hơn và sử dụng ít năng lượng hơn Cellular. Thay thế, cả hai đều có tốc độ truyền dữ liệu chậm hơn và nhiều hạn chế hơn về dữ liệu và tần số. Một lượng dữ liệu lớn hơn có thể được gửi cho mỗi tin nhắn, phát sóng thường xuyên hơn với LoRa, và có được phạm vi tiềm năng tối đa với Sigfox.

Điểm chung của Sigfox và LoRa:

  • tầm xa
  • sự tiêu thụ ít điện năng

Sigfox

Sigfox được thành lập vào 2010, trở thành khu vực công suất thấp hiện đại đầu tiên. Sigfox sử dụng các băng tần không được cấp phép ở tần số từ 862MHz đến 928MHz, và sử dụng điều chế băng tần siêu hẹp để gửi các bản tin rộng 100Hz. Điều này có nghĩa là các thiết bị Sigfox truyền tải trong các kênh ngẫu nhiên trên một phạm vi hoạt động nhất định, nó có thể hữu ích trong việc giảm thiểu khả năng nhiễu âm nền. Sigfox có thể đạt được phạm vi tối đa của tất cả các công nghệ mà chúng tôi đang phân tích, nhưng nó sẽ dẫn đến tốc độ dữ liệu thấp vì băng thông hẹp được sử dụng. Vì vậy, Mỗi tin nhắn phải truyền một lượng nhỏ dữ liệu với ít hơn 12 byte.

Người dùng Sigfox có thể gửi không quá sáu tin nhắn mỗi giờ từ một thiết bị lên đám mây (Thượng nguồn) và không quá bốn tin nhắn mỗi ngày từ đám mây tới một thiết bị (hạ lưu). Những hạn chế này có nghĩa là Sigfox lý tưởng cho các ứng dụng năng lượng thấp chỉ cần giao tiếp một vài giá trị đơn giản mỗi ngày.

Bạn phải đăng ký mạng công cộng Sigfox ngay bây giờ. Nhưng nó ổn như, Sigfox cho phép bạn chạy các phiên bản riêng tư trong mạng của mình bằng cách cung cấp công nghệ PAN.

  • Ưu điểm của Sigfox: Phạm vi dài nhất trong số tất cả các tùy chọn diện rộng công suất thấp.

LoRa và LoRaWAN

LoRa sử dụng dải tần không được cấp phép từ 433MHz đến 928MHz dựa trên khu vực, và sử dụng sơ đồ điều chế CSS độc quyền để cung cấp dữ liệu qua băng thông kênh rộng hơn với băng tần hẹp (125, 250 và 500kHz), theo cách này, Mức độ tiếng ồn thấp và khả năng chống nhiễu có thể được đảm bảo. Sơ đồ điều chế có thể được thay đổi bằng cách thay đổi hệ số lan truyền để đạt được khoảng cách lớn hơn với chi phí năng lượng. LoRaWAN là một giao thức tiêu chuẩn mở xác định giao tiếp giữa các cổng và thiết bị.

Phạm vi của LoRa lớn hơn Cellular, nhưng nhỏ hơn Sigfox. Tuy nhiên, nó linh hoạt về giới hạn kích thước gói, và bạn có thể truyền nhiều dữ liệu hơn những gì bạn có thể với Sigfox nếu cấu hình phù hợp. Khu vực bạn đang ở và tốc độ dữ liệu bạn muốn hỗ trợ quyết định kích thước gói tối đa của một tin nhắn LoRa. Tốc độ dữ liệu cao hơn có nghĩa là phạm vi ngắn hơn vì tần số cao hơn.

Tốc độ bit - WPAN

Nhiều nhà cung cấp mạng LoRaWAN công cộng đang có mặt trên thị trường. Nhưng bạn cũng có thể thiết lập mạng riêng bằng phần mềm và cổng của riêng mình.

Con lăn có nhiều loại hoạt động:

  • Hạng A: yêu cầu ít điện năng nhất. Thiết bị ở chế độ ngủ hầu hết thời gian và thức dậy để gửi tin nhắn đường lên khi các giá trị cảm biến thay đổi. Cửa sổ nhận tin nhắn từ máy chủ (hạ lưu) rất hạn chế.
  • Hạng B: Cũng cần rất ít năng lượng. Hầu hết thời gian thiết bị ở chế độ ngủ, nhưng có thể thức dậy đúng giờ và báo cáo số đọc hiện tại khi số đọc cảm biến thay đổi. Cửa sổ nhận tin nhắn từ máy chủ (hạ lưu) có giới hạn.
  • Lớp C: Yêu cầu nhiều năng lượng hơn các thiết bị Loại A và B, nhưng thiết bị luôn lắng nghe đường xuống trừ khi phát đường lên. Tính linh hoạt của các hoạt động đa lớp này có nghĩa là LoRaWAN có thể phục vụ nhiều trường hợp sử dụng hơn.

Ưu điểm của LoRaWAN:

  • Nó kiểm soát kích thước gói tối đa, cao hơn Sigfox.
  • Dễ dàng thiết lập một mạng riêng với chi phí hiệu quả.
  • Linh hoạt, sự kết hợp của các thiết bị với các yêu cầu về công suất và độ trễ khác nhau hoạt động cùng nhau.

Phần kết luận – sự khác biệt giữa LPWAN và WPAN

Tần số thấp có phạm vi dài hơn trong khi mang ít dữ liệu hơn tần số cao. Các công nghệ WPAN như Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee và Z-Wave có tần số cao hơn và khoảng cách ngắn. Các tùy chọn này không lý tưởng cho các tình huống mà khoảng cách là quan trọng. Công nghệ LPWAN có thể đạt được phạm vi lớn hơn và hoạt động ở tần số thấp hơn so với công nghệ WPAN. Chúng tôi đã xác định rằng kỹ thuật diện rộng công suất thấp chính xác phụ thuộc vào trường hợp sử dụng của bạn. Các công nghệ di động như NB-IoT và LTE-M là những lựa chọn tuyệt vời cho các tình huống trong đó vùng phủ sóng di động và nơi có dịch vụ, độ trễ thấp và lượng lớn dữ liệu quan trọng hơn công suất vì phạm vi có thể thấp hơn. Sigfox thích hợp cho những trường hợp bạn có ít dữ liệu và muốn truyền dữ liệu trên một khoảng cách xa với mức tiêu thụ điện năng thấp. LoRa cho phép kiểm soát tối đa, khả năng có thể định cấu hình để gửi khối lượng dữ liệu lớn hơn bằng cách thiết lập mạng riêng, và lớp C hỗ trợ độ trễ thấp hơn.

Range_Summary

Được viết bởi --
CHIA SẺ BÀI ĐĂNG NÀY