Jak definovat technologie LPWAN?
LPWAN je jedenbezdrátové telekomunikace WAN, která je vyvinuta tak, aby umožňovala komunikaci na dlouhé vzdálenosti s nižším procentem bitů. Většina technologií LPWAN je schopna dosáhnout pokrytí sítě v řádu několika kilometrů až desítek kilometrů. Díky širokému pokrytí sítě a nízké spotřebě energie terminálů, je vhodnější pro nasazení ve velkém měřítku IoT aplikace.
Ve srovnání s tradičními technologiemi internetu věcí, Technologie LPWAN mají výrazné přednosti. Technologie LPWAN mají delší vzdálenosti, což je v kontrastu s jinými technologiemi bezdrátového připojení, jako je Bluetooth, WiFi, Zigbee a 802.15.4. A co víc, Má připojení s nižší spotřebou energie ve srovnání s mobilními technologiemi(jako je GPRS, 3G a 4G).
Principy práce LPWAN
Technologie Wize, který pochází z evropské normy EN-13757 Wireless M-bus, odkazuje na Síťová technologie LPWAN. Definováno Wize Alliance, Technologie Wize odkazuje na jeden typ standardu internetu věcí, která se zaměřuje především na aplikace, jako je bezdrátové měření, inteligentní města a průmyslový IoT.
Wize funguje v 169 frekvenční pásmo MHz, které v Evropě funguje jako bezlicenční frekvenční pásmo. Protože využívá nízkofrekvenční pásmo s dlouhými vlnovými délkami a silnou průnikovou schopností budov a bariér, jeho ztráta dráhy je výrazně snížena, což vede k delšímu dosahu přenosu až o dvacet kilometrů. Smlouva Wize je obousměrná smlouva, která umožňuje přenos a příjem informací až 246 bajtů a umožňuje provádět aktualizaci firmwaru vzdáleně do síťového zařízení. Díky přenosu krátkých zpráv Wize, příslušná zařízení je potřeba zapnout pouze na několik minut. A výdrž baterie může vydržet až 20 let. A co víc, Wize vlastní funkce end-to-end šifrování, zajištění nejvyšší úrovně bezpečnosti.
Jaké bezdrátové technologie jsou součástí LPWAN? (čtyři bezdrátové technologie)
Hlavní technické vlastnosti Wize:
- Rozsah frekvenčního pásma se pohybuje od 169.4 MH do 169.475 MHz, s celou šířkou pásma 75 kHz.
- Rádiové spektrum je kategorizováno do 6 kanály (pět uplinků, jeden downlink), 12.5 kHz na kanál.
- Biosměrová komunikace 256 bajtů uplink stejně 256 bajtů downlink.
- Rozšiřitelné laděné a demodulované funkce, software definující rádio (GFSK a 4GFSK).
- Komunikační čas, servisního cyklu na deset procent, šest minut za hodinu.
- Rozsah komunikační rychlosti od 2400bps do 6400bps.
- Komunikační vzdálenost je až 50 km nebo venku, až deset km nebo více v uzavřených prostorách, hloubka pokrytí vnitřního prostoru od 2,5 km do jiných.
- Bezpečnostní šifrování, AES128.
- Nižší denní komunikační kapacita (pětkrát až desetkrát), extrémně nižší spotřeba energie, a malé lithiové baterie jsou schopny dodávat energii dálkovým odečtům po dobu patnácti až dvaceti let.
- Mechanismus dohody umožňuje plánovat a provádět aktualizace firmwaru zařízení pomocí vysílacího rádia.
Patří technologie LoRa k LPWAN??
LoRa, která zůstává jednou ze síťových komunikačních technologií LPWAN, označuje jedinečný modulační formát generovaný RF částí Semtech na základě technologie rozprostření spektra pro bezdrátový přenos ULR, který Semtech využívá a vylepšuje.
Mezi základní čipy LoRa Radio Frequency sekce patří SX1276 a SX1278. Integrace čipů se vyznačuje malým rozsahem a vysokou účinností, aby přinesla vysokou vnímavou citlivost bezdrátového modulu LoRa.
Čip brány je vybaven SX1301, který je integrovanější a má více průchodů, a brána LoRa v kombinaci s klíčem SX1301 je schopna vytvořit komplikovanou víceuzlovou samoorganizující se síť IoT se spoustou modulů LoRa.
Patří technologie NB-IoT do LPWAN??
Technologie NB-IoT funguje jako LPWA (Nízká spotřeba Wide Area Network) řešení s následujícími výhodami:
Masivní spojení: Ve stejné sloučenině, NB-IoT může poskytnout 50~100krát větší přístup než stávající bezdrátové technologie, což je až 100,000 spojení.
Ultra nízká spotřeba energie: Zařízení NB-IoT spotřebovávají málo energie a mohou zaručit životnost baterie více než pět let.
Hluboké pokrytí: NB-IoT zlepšuje zisk 20 dB oproti LTE a zlepšuje kapacitu pokrytí 100 časy, umožňující hluboké pokrytí prostředí, která jsou obtížně dosažitelná tradičními bezdrátovými signály.
Bezpečnost a spolehlivost: Podporuje obousměrné ověřování a přísné šifrování leteckých portů pro dosažení spolehlivého přístupu na úrovni dopravce.
Patří technologie LTE-M k LPWAN?
LTE-M, což znamená dlouhodobý vývoj kategorie komunikace typu stroje M1, nebo LTE MTC Cat M1 stejně jako LTE-M, je standard technologie LPWAN oznámený 3GPP ve verzi 13 specifikace. LTE-M je technologie LPWAN, která poskytuje podporu pro IoT tím, že snižuje složitost zařízení a nabízí rozšířený pokrytý rozsah a zároveň umožňuje opětovné využití instalační infrastruktury LTE.. Životnost baterie až přes deset let a cena modemu snížena na 20 na 25% stávajícího modemu EGPRS.
Patří technologie Sigfox k LPWAN?
Sigfox je ultraúzkopásmový (UNB) technika. Vlastnosti frekvenčního přeskakování, díky opakování rámců a konektivitě více základnových stanic je vysoce odolný vůči rušení. Sigfox používá schéma rádiového přístupu, které umožňuje komunikaci v jakémkoli průmyslovém odvětví, vědecký, a lékařské (ISM) rozhlasové pásmo. Například, evropský region využívá široké 192 kHz spektrum při 868 MHz pro nasazení a zajišťuje 100 Šířka pásma Hz kanálu pro uplinkovou komunikaci. Pro realizaci extrémně nízké spotřeby energie, komunikace se zařízením je možná pouze po krátkou dobu, například když zařízení po odeslání zprávy zapne přijímač.
Patří technologie WIFI k LPWAN?
Wi-Fi, také označována jako Wireless Fidelity, je bezdrátová věrnostní technologie. Je to technologie, která umožňuje terminál, jako je PC a ruční zařízení (např., PDA a mobilní telefony) aby byly vzájemně propojeny bezdrátovým způsobem.
Wi-Fi označuje značku komunikační techniky bezdrátové sítě spravované společností WiFi Aliance pro zlepšení vzájemného propojení mezi bezdrátovými síťovými položkami na základě IEEE 802.11 Standard.
V kontextu bezdrátových sítí LAN, znamená „certifikaci bezdrátové kompatibility“, což je zásadně komerční certifikace a technologie pro bezdrátové sítě.
Silné stránky & nevýhody LPWAN Technologie
Některé hlavní přednosti technologie LPWAN:
Dlouhý dosah, široké pokrytí až desítky kilometrů.
Nižší spotřeba energie, životnost baterie je schopna vydržet až deset let.
Nízká rychlost přenosu dat, malá spotřeba šířky pásma, malá datová kapacita a nízká frekvence komunikace
Zpoždění přenosu není citlivé, a požadavek na přenos dat v reálném čase není vysoký
Nízké náklady, nízké náklady na nasazení díky rozsáhlým požadavkům
Brána nebo základnová stanice, velká oblast pokrytí, nízký počet potřebný pro výstavbu síťové infrastruktury
Protože většina technologií pracuje v pásmech Sub-GHz, pronikání síťového signálu je silné
Výzvy LPWAN
Příliš uzavřená architektura tradiční rozlehlé sítě ztěžuje dosažení multicloudového propojení.
V následujících letech, vývojovým trendem je cloudiace. Většina podniků nasadí své podnikání do cloudu. Pro přístup ke cloudovým aplikacím, podniková WAN se musí propojit s veřejným cloudem, privátní cloud a SaaS cloud, a uzavřená tradiční architektura WAN jen stěží uspokojí požadavky na propojení více cloudů. navíc, migrace podnikového podnikání do cloudu nevyhnutelně způsobí, že podniková síť WAN bude přenášet stále větší provoz aplikací souvisejících s cloudem, a tradiční WAN sítě mohou jen stěží podporovat nárůst provozu WAN.
Stále flexibilnější vytváření sítí ztěžuje dosažení diverzifikovaného propojení
Globalizace způsobuje, že pobočky podniků jsou stále více distribuovány, a různé pobočky mají různé požadavky na sítě. Například, některé potřebují vícevrstvé sítě, někteří potřebují ploché sítě, některé potřebují sítě poboček s více uplinky(více než 5), a některé potřebují sítě s více HUBy (více než 4). Tváří v tvář tak složité síti, pro tradiční sítě WAN je obtížné dosáhnout flexibilního síťového propojení a splnit požadavky na diverzifikované propojení podniků.
Dramaticky zvýšený počet aplikací ztěžuje zajištění aplikačního zážitku
V době cloudu a digitalizace, velký počet nově vznikajících podniků úzce integrovaných s cloud computingem vzkvétá, a počet a typy podnikových aplikací prudce rostou, jako je hlas, video, přenos souboru, e-mailem, a SaaS aplikace, atd. Různé aplikace mají různé požadavky na kvalitu spojení. Tradiční podnikové soukromé linky nemohou rozlišovat služby. A co víc, nově přidaná internetová síť není schopna zajistit kvalitu služeb. Proto, když dojde k náhlému dopravnímu přetížení nebo ke zhoršení kvality spojení, zkušenosti s kritickými službami nelze zaručit.
Obtížný provoz a údržba sítě usnadňují generování chyb při ručním dokončení konfigurace
Podle tradičního modelu, rozšíření služby vyžaduje, aby síťoví inženýři šli na místo pro ruční konfiguraci. Provoz a údržba sítě, jakož i lokalizace poruch také vyžadují, aby na místě pracovali určitý personál. Proto, efektivita náběhu služeb a provozu a údržby sítě je nízká s vysokými náklady. V přílivu digitalizace a globalizace, pobočky podnikových sítí WAN jsou více distribuovány, početnější, a poskytované služby jsou složitější, a obsluha a údržba jsou náročnější. Tradiční ruční konfigurace a metody obsluhy a údržby mohou jen stěží uspokojit potřeby rychlého rozvoje podnikání.
K čemu se LPWAN používá?
Technologie LPWAN může být aplikována v různých průmyslových odvětvích, jako je Smart Industries, Chytré nástroje, Smart Cities, Chytré budovy, atd.
Chytrý průmysl – včetně sledování aktiv, automatizace procesu aktiv, diskrétní automatizace, monitorování životního prostředí, průmyslové osvětlení, komerční bezpečnost, monitorování infrastruktury, vodní hospodářství a různé další aplikace, a více.
Chytré služby – včetně inteligentního hospodaření s vodou, elektřiny a plynu, nejdůležitější částí je chytré měření.
Smart City – zahrnuje aplikace související se správou obecních zdrojů a služeb. Pouzdra se týkají pouličního osvětlení, kontrola odpadu, správa parkoviště, detekce prostředí, sledování provozu, krizové řízení a řízení veřejné dopravy.
Chytrá budova – Inteligentní budovy zahrnují automatizaci budov, včetně aplikací souvisejících s VN nebo AC (topení, větrání, klimatizace), kontrola energie, bezpečnostní, osvětlení, a automatizaci místností.
V současné době, Aplikace LPWAN jsou většinou aplikace napájené baterií. Díky nízké komunikační frekvenci a malému objemu dat, baterie může obecně fungovat několik let nebo dokonce deset let. A co víc, může být napájen akumulací energie včetně solární energie. Technologie LPWAN nabízí novou možnost pro nasazení aplikací v měřítku IoT, což jistě přinese velký pokrok aplikacím IoT.
Řešení pro LPWAN Technologies
Změna produktu – z pohledu produktu, Produkty související s LPWAN již nejsou jediným produktem, ale spíše systematickým produktem. Obsahuje snímací terminály, brány (nebo základnové stanice), síťové servery, a aplikační servisní software.
Změna služby – Změna produktu rozšiřuje rozsah a formu služby.
Změny u operátorů – Objevily se celulární a necelulární technologie LPWAN. Buněčné technologie, jako NB-IoT a LTE-M, již nedefinují úzkopásmový internet věcí z hlediska poplatků za provoz pro operátory, ale spíše co do počtu spojů. Například, tarifní balíček NB-loT představený Telecomem je založen na „počtu připojení“, pomocí modelu balíčku, který určuje určitý počet připojení v rámci balíčku, a účtuje zvlášť za počet připojení nad rámec balíčku. Necelulární technologie LoRa s otevřeným standardem poskytla několika společnostem větší svobodu v rozvoji a objevili se operátoři na bázi síťových služeb LoRa..
Hodnota dat – technologie LPWAN umožňuje rozsáhlou konektivitu věcí, a data jsou přenášena na cloudové servery, který přináší vládám a podnikům nové metody řízení založené na analýze dat a řízení.
K čemu se LPWAN používá?
Aplikace NB-IoT v chovu zvířat
Živočišný průmysl je primárně kategorizován na chov v zajetí a chov dobytka, přičemž hlavními pastvinami jsou severní a západní hranice Číny.
Mezi výhody chovu hospodářských zvířat patří vysoká kvalita masa hospodářských zvířat a nižší náklady na krmivo, což však vede k mnoha nepříjemnostem v chovu hospodářských zvířat.
Umělá pastva zůstává nejprimitivnější a nejpřímější. nicméně, existuje několik nedostatků:
- 1. Umělá pastva vyžaduje, aby se člověk pásl, což je plýtvání lidskou silou
- 2. Umělá pastva obsahuje bezpečnostní rizika, a hrozí nebezpečí zranění divokou zvěří
- 3. Umělé skladování není schopno systémového řízení
Tento problém lze vyřešit pomocí GPS plus GPRS systém lokalizace hospodářských zvířat. nicméně, individuální velikost stáda skotu a ovcí je obrovská, kapacita komunikační základnové stanice GPRS bude nedostatečná, a výdrž baterie bude problematická. navíc, farmy jsou poměrně vzdálené, a síla pokrytí signálem bude problematická.
The Aplikace NB-IoT v dálkový odečet měřičů
Vodoměry a plynoměry jsou úzce spjaty s naším každodenním životem a používají se v každé rodině.
Nejprimitivnějším přístupem je ruční čtení statistik měřiče doma. S rychlým růstem společnosti, ruční odečet měřičů způsobil řadu nedostatků.
- 1. Nízká účinnost
- 2. Vysoká cena práce
- 3. Záznam dat náchylný k chybám
- 4. Majitelé jsou opatrní vůči cizím lidem a nemohou vstoupit do dveří
- 5. Náročné na údržbu a správu, atd.
Objevil se dálkový odečet GPRS. Dokáže si poradit se spoustou problémů ručního odečtu měřidel, a je rozvinutější, efektivnější a bezpečnější než technologie ručního odečtu měřičů.
The Aplikace NB-IoT v monitorování poklopů šachet
Město prochází rychlou výstavbou a podzemní práce zřízené městskou veřejnou infrastrukturou rostou, takže nárůst poklopů šachet je nevyhnutelný.
Důležitou roli hraje poklop šachty. Například, pokud nemůžeme včas získat informace o stavu poklopu, může způsobit velké ztráty na životech a majetku lidí.
V současnosti, většina měst je monitorována a kontrolována ruční kontrolou. nicméně, kvůli obrovskému množství poklopů, a nízká účinnost ruční kontroly, je často nemožné získat informace o stavu šachetních poklopů včas a přesně, což vede ke všem druhům bezpečnostních rizik.
S popularitou chytrý domov průmyslu v posledních několika letech, míra využití chytrého zámku v každodenním životě se také zvyšuje.
V současnosti, chytrý zámek využívá nemechanický klíč jako technologii ID identifikace uživatele.
Mainstreamovými technologiemi jsou bezkontaktní karty, identifikace otisku prstu, identifikace heslem, rozpoznávání obličeje a tak dále, což podstatně zvyšuje bezpečnost monitorování přístupu.
Předpokladem výše uvedené bezpečnosti je ale stav moci. Pokud je chytrý zámek v situaci výpadku napájení, pak je chytrý zámek prakticky nepoužitelný.
Za účelem zvýšení bezpečnosti, chytrý zámek musí mít vestavěnou baterii pro sběr základních dat, a poté přeneste data na servery, pokud jsou shromážděna abnormální data, automaticky vydá varování uživatelům.
Protože je po instalaci chytrého zámku obtížné jej rozebrat, životnost baterie chytrého zámku musí být dostatečně dlouhá.
Protože umístění dveří je v uzavřené budově, pak je vyžadováno silnější pokrytí signálem pro zajištění přenosu dat sítě v reálném čase.
Počet inteligentních domácích terminálů je velký a je třeba zajistit dostatečné množství připojení.
Nejdůležitější je, že po přidání výše uvedených vlastností, může také zajistit, že náklady na zařízení budou pod kontrolou ve vhodném rozsahu.
Historie nízkoenergetické rozlehlé sítě
European Radio Messaging System odkazuje na evropský společný standard rádiového pagingu vynalezený Evropským institutem pro telekomunikační standardy v roce 1990, která využila toho 169 MHz RF pásmo. Zasedání evropských poštovních a telekomunikačních úřadů a Výboru pro elektronické komunikace (ECC) přišel s rozhodnutím distribuovat frekvence do dalších nových scén, které pokrývají čtečku dálkového měření 2005. Rádiové spektrum ISM 169 MHz v Evropě je k dispozici k použití a zdarma v rámci licence, které lze využít jako bezplatné licenční pásmo pro zařízení na kratší vzdálenosti.
- v 2005, byla zavedena smlouva WM-Bus (také pojmenovaný aka EN13757-4 a 433 MHz a 868 MHz).
- Suez vynalezl infrastrukturu AMI pro inteligentní vodoměr na základě 169 MHz a započalo její nasazování v Evropě.
- v 2008, Suez představil 1. bezdrátový modul pro dálkové měření vody pracující na 169 MHz.
- v 2012, GRDF přišla s rozhodnutím vybrat si 169 MHz pro svůj program a dosáhla významných výsledků.
- v 2013, 1. verze AFNOR (Francouzská asociace pro normalizaci) Byly představeny pokyny pro aplikaci plynu.
- Od roku 2014 do 2015, vysoce výkonný 169MHz vícekanálový modem na bázi SDR (Softwarově definované rádio).
- Infrastruktura na úrovni telekomunikací, vodoměry a plynoměry
- v 2017, Wize Alliance představila Wize Agreement 1.0.
- Byly představeny pokyny pro aplikaci AFNOR pro měření vody a plynu.
- Byla založena Wize Alliance Link – CEN TC294
- v 2018, Byla zavedena norma EN13757/2018.
- v 2019, Wize Alliance představila Wize Agreement 1.1.
- Plynoměry a vodoměry Wize byly z velké části nasazeny v Evropě, s přibližně deseti miliony dosud.
