Was ist LPWAN?(Low-Power-Wide-Area-Netzwerk): Anwendungen und Lösungen?

So definieren Sie LPWAN-Technologien?

LPWAN ist einesdrahtlose Telekommunikation WAN, das entwickelt wurde, um Kommunikation über große Entfernungen mit einem geringeren Bit-Prozentsatz zu ermöglichen. Die meisten LPWAN-Technologien sind in der Lage, eine Netzwerkabdeckung von mehreren Kilometern oder sogar mehreren zehn Kilometern zu erreichen. Aufgrund der breiten Netzabdeckung und des geringen Stromverbrauchs der Terminals, Es eignet sich besser für den Einsatz in großem Maßstab IoT-Anwendungen.

Im Vergleich zu den traditionellen Internet-of-Things-Technologien, LPWAN-Technologien besitzen besondere Stärken. Die LPWAN-Technologien verfügen im Gegensatz zu anderen drahtlosen Verbindungstechnologien wie Bluetooth über größere Entfernungen, W-lan, Zigbee Und 802.15.4. Was ist mehr, Im Vergleich zu Mobilfunktechnologien verfügt die Verbindung über einen geringeren Stromverbrauch(wie GPRS, 3G und 4G).

Die Arbeitsprinzipien von LPWAN

Die Wize-Technologie, Dieser basiert auf der europäischen Norm EN-13757 Wireless M-Bus, bezieht sich auf LPWAN-Netzwerktechnologie. Definiert von der Wize Alliance, Die Wize-Technologie bezieht sich auf eine Art Internet-of-Things-Standard, das sich hauptsächlich auf Anwendungen wie die drahtlose Messung konzentriert, Intelligente Städte und industrielles IoT.

Der Wize ist in der tätig 169 MHz-Frequenzband, das in Europa als lizenzfreies Frequenzband fungiert. Da es ein Niederfrequenzband mit langen Wellenlängen und einer starken Durchdringungsfähigkeit von Gebäuden und Barrieren nutzt, sein Wegverlust ist stark verringert, Dies führt zu einer größeren Übertragungsreichweite von bis zu zwanzig Kilometern. Bei der Wize-Vereinbarung handelt es sich um eine Zwei-Wege-Vereinbarung, die die Übertragung und den Empfang von Informationen von bis zu ermöglicht 246 Bytes und ermöglicht die Remote-Durchführung von Firmware-Updates auf dem vernetzten Gerät. Aufgrund der kurzen Nachrichtenübermittlung des Wize, Die entsprechenden Geräte müssen nur wenige Minuten lang eingeschaltet sein. Und die Akkulaufzeit hält bis zu 20 Jahre. Was ist mehr, Wize verfügt über die Funktionen der Ende-zu-Ende-Verschlüsselung, Gewährleistung eines Höchstmaßes an Sicherheit.

Welche drahtlosen Technologien sind in LPWAN enthalten?? (vier drahtlose Technologien)

Die wichtigsten technischen Merkmale des Wize:

• Der Bereich des Frequenzbandes reicht von 169.4 MH zu 169.475 MHz, mit einer gesamten Bandbreite von 75 kHz.
• Das Funkspektrum wird in Kategorien eingeteilt 6 Kanäle (fünf Uplink, ein Downlink), 12.5 kHz pro Kanal.
• Biodirektionale Kommunikation von 256 Bytes Uplink sowie 256 Bytes Downlink.
• Erweiterbare debuggte und demodulierte Funktionen, die Software, die Radio definiert (GFSK und 4GFSK).
• Kommunikationszeit, Servicezyklus um zehn Prozent, sechs Minuten pro Stunde.
• Die Kommunikationsgeschwindigkeit reicht von 2400 bps bis 6400 bps.
• Die Kommunikationsentfernung beträgt bis zu 50 km im Freien, bis zu zehn km oder mehr im Innenbereich, Die Tiefenabdeckung des Innenbereichs reicht von 2,5 km bis zu anderen.
• Sicherheitsverschlüsselung, AES128.
• Geringere tägliche Kommunikationskapazität (fünf bis zehn Mal), Extrem geringer Stromverbrauch, Und die kleinen Lithiumbatterien können Fernablesegeräte fünfzehn bis zwanzig Jahre lang mit Strom versorgen.
• Ein Vereinbarungsmechanismus ermöglicht die Planung und Durchführung von Geräte-Firmware-Updates mit einem Rundfunksender.

Gehört die LoRa-Technologie zu LPWAN??

LoRa, Dies ist nach wie vor eine der vernetzten LPWAN-Kommunikationstechnologien, bezieht sich auf ein einzigartiges Modulationsformat, das vom HF-Teil von Semtech basierend auf der Spreading-Spectrum-Technologie für die drahtlose ULR-Übertragung generiert wird, die von Semtech genutzt und erweitert wird.

Zu den Kernchips des LoRa-Radiofrequenzbereichs gehören der SX1276 und der SX1278. Die Integration von Chips zeichnet sich durch einen kleinen Maßstab und eine hohe Effizienz aus, um dem LoRa-Funkmodul eine hohe Empfangsempfindlichkeit zu verleihen.

Der Gateway-Chip ist mit SX1301 ausgestattet, das stärker integriert ist und mehr Durchgänge hat, und das LoRa-Gateway in Kombination mit SX1301 als Schlüssel ist in der Lage, ein kompliziertes selbstorganisierendes IoT-Netzwerk mit mehreren Knoten und vielen LoRa-Modulen zu schaffen.

Gehört die NB-IoT-Technologie zu LPWAN??

NB-IoT-Technologie fungiert als LPWA (Weitverkehrsnetz mit geringem Stromverbrauch) Lösung mit den folgenden Vorteilen:

Massive Verbindungen: Im selben Gelände, NB-IoT kann 50 bis 100 Mal mehr Zugriff bieten als die vorhandenen drahtlosen Technologien, das liegt an 100,000 Verbindungen.

Extrem geringer Stromverbrauch: NB-IoT-Geräte verbrauchen wenig Strom und können eine Batterielebensdauer von mehr als fünf Jahren garantieren.

Umfangreiche Abdeckung: NB-IoT verbessert den Gewinn um 20 dB gegenüber LTE und verbessert die Abdeckungskapazität um 100 mal, Dies ermöglicht eine umfassende Abdeckung von Umgebungen, die mit herkömmlichen drahtlosen Signalen schwer zu erreichen sind.

Sicherheit und Zuverlässigkeit: Es unterstützt die bidirektionale Authentifizierung und die strikte Verschlüsselung von Flughäfen, um einen zuverlässigen Zugriff auf Carrier-Niveau zu ermöglichen.

Gehört die LTE-M-Technologie zu LPWAN??

LTE-M, was bedeutet, dass es sich um eine langfristige Maschinentyp-Kommunikationskategorie M1 handelt, oder LTE MTC Cat M1 sowie LTE-M, ist ein LPWAN-Technologiestandard, der von 3GPP in Release angekündigt wurde 13 der Spezifikation. LTE-M ist eine LPWAN-Technologie zur Unterstützung des IoT, indem sie die Gerätekomplexität verringert und eine erweiterte abgedeckte Reichweite bietet und gleichzeitig die Wiederverwendung der LTE-Installationsinfrastruktur ermöglicht. Batterielebensdauer von bis zu über zehn Jahren und die Modempreise gesenkt 20 Zu 25% des vorhandenen EGPRS-Modems.

Gehört die Sigfox-Technologie zu LPWAN??

Sigfox ist ein Ultra-Schmalband (UNB) Technologie. Die Merkmale des Frequenzsprungs, Rahmenwiederholung und Multi-Basisstation-Konnektivität sorgen für eine hohe Störfestigkeit. Sigfox verwendet ein Funkzugangsschema, das die Kommunikation in jedem industriellen Umfeld ermöglicht, wissenschaftlich, und medizinisch (ISM) Radioband. Zum Beispiel, Der europäische Raum nutzt ein breites Spektrum 192 kHz-Spektrum bei 868 MHz für den Einsatz und sorgt dafür 100 Hz-Kanalbandbreite für Uplink-Kommunikation. Um einen extrem niedrigen Stromverbrauch zu realisieren, Die Kommunikation mit dem Gerät ist nur für einige kurze Zeiträume möglich, beispielsweise wenn das Gerät nach dem Senden einer Nachricht seinen Empfänger einschaltet.

Gehört die WLAN-Technologie zu LPWAN??

W-lan, wird auch als Wireless Fidelity bezeichnet, ist eine drahtlose Treuetechnologie. Dabei handelt es sich um eine Technologie, die ein Terminal wie einen PC und Handheld-Geräte ermöglicht (z.B., PDAs und Mobiltelefone) drahtlos miteinander verbunden werden.

Wi-Fi bezieht sich auf eine Marke einer drahtlosen Netzwerkkommunikationstechnik, die von der verwaltet wird W-lan Allianz zur Verbesserung der Interkonnektivität zwischen drahtlos vernetzten Geräten auf der Grundlage des IEEE 802.11 Standard.

Im Zusammenhang mit Wireless LANs, es steht für „Wireless Compatibility Certification“, Dabei handelt es sich im Wesentlichen um eine kommerzielle Zertifizierung und eine Technologie für drahtlose Netzwerke.

Die Stärken & Nachteile von LPWAN Technologien

Einige Hauptstärken der LPWAN-Technologie:

Langstrecken, Breite Abdeckung von bis zu mehreren zehn Kilometern.

Geringerer Stromverbrauch, Die Batterielebensdauer beträgt bis zu zehn Jahre.

Niedrige Datengeschwindigkeit, geringer Bandbreitenverbrauch, geringe Datenkapazität und niedrige Kommunikationsfrequenz

Die Übertragungsverzögerung ist unempfindlich, und der Bedarf an Echtzeit-Datenübertragung ist nicht hoch

Niedrige Kosten, Geringe Bereitstellungskosten aufgrund umfangreicher Anforderungen

Gateway oder Basisstation, großer Abdeckungsbereich, die geringe Anzahl, die für den Aufbau der Netzwerkinfrastruktur erforderlich ist

Da die meisten Technologien in Sub-GHz-Bändern arbeiten, Die Netzwerksignaldurchdringung ist stark

Die Herausforderungen von LPWAN

Die zu geschlossene Architektur des traditionellen Weitverkehrsnetzes macht es schwierig, eine Multi-Cloud-Verbindung zu erreichen.

In den folgenden Jahren, Trübung ist der Entwicklungstrend. Die meisten Unternehmen werden ihr Geschäft in der Cloud bereitstellen. Um auf Cloud-Anwendungen zuzugreifen, Unternehmens-WAN muss mit der öffentlichen Cloud verbunden sein, Private Cloud und SaaS-Cloud, und die geschlossene traditionelle WAN-Architektur kann die Verbindungsanforderungen mehrerer Clouds kaum erfüllen. Darüber hinaus, Die Migration des Unternehmensgeschäfts in die Cloud wird unweigerlich dazu führen, dass das Unternehmens-WAN immer mehr Cloud-bezogenen Anwendungsverkehr überträgt, und herkömmliche WAN-Netzwerke können den Anstieg des WAN-Verkehrs kaum bewältigen.

Eine immer flexiblere Vernetzung macht es schwierig, vielfältige Vernetzungen zu erreichen

Durch die Globalisierung werden die Niederlassungen von Unternehmen immer weiter verteilt, und verschiedene Branchen haben unterschiedliche Anforderungen an Netzwerke. Zum Beispiel, einige benötigen mehrschichtige Netzwerke, Manche brauchen flache Netzwerke, Einige benötigen Zweigstellennetzwerke mit mehreren Uplinks(mehr als 5), und einige benötigen Netzwerke mit mehreren HUBs (mehr als 4). Angesichts eines so komplizierten Netzwerks, Für herkömmliche WAN-Netzwerke ist es schwierig, eine flexible Vernetzung zu erreichen und den Anforderungen einer diversifizierten Vernetzung von Unternehmen gerecht zu werden.

Die dramatisch gestiegene Anzahl an Anwendungen macht es schwierig, das Anwendungserlebnis zu garantieren

In Zeiten von Cloud und Digitalisierung, Eine große Anzahl aufstrebender Unternehmen, die eng mit Cloud Computing verknüpft sind, florieren, und die Zahl und Art der Unternehmensanwendungen explodiert, wie z.B. Stimme, Video, Datei Übertragung, Email, und SaaS-Anwendungen, usw. Unterschiedliche Anwendungen stellen unterschiedliche Anforderungen an die Verbindungsqualität. Herkömmliche Privatleitungen für Unternehmen können die Dienste nicht differenzieren. Was ist mehr, Das neu hinzugefügte Internet-Netzwerk ist nicht in der Lage, die Qualität der Dienste sicherzustellen. daher, wenn es zu plötzlichen Verkehrsstaus oder einer Verschlechterung der Verbindungsqualität kommt, Die Erfahrung kritischer Dienste kann nicht garantiert werden.

Der schwierige Betrieb und die Wartung des Netzwerks machen es leicht, Fehler zu generieren, wenn die Konfiguration manuell abgeschlossen wird

Nach dem traditionellen Modell, Die Bereitstellung des Dienstes erfordert, dass Netzwerktechniker zur manuellen Konfiguration vor Ort sind. Auch der Betrieb und die Wartung des Netzes sowie die Fehlersuche erfordern den Einsatz bestimmter Mitarbeiter vor Ort. daher, Die Effizienz der Servicebereitstellung sowie des Netzwerkbetriebs und der Netzwerkwartung ist gering und die Kosten hoch. Im Zuge der Digitalisierung und Globalisierung, Die Zweige von Unternehmens-WAN-Netzwerken sind weiter verteilt, Zahlreicher, und die erbrachten Dienstleistungen sind komplexer, und der Betrieb und die Wartung sind schwieriger. Die herkömmlichen manuellen Konfigurations-, Betriebs- und Wartungsmethoden können den Anforderungen einer schnellen Geschäftsentwicklung kaum gerecht werden.

Wofür wird LPWAN verwendet??

Die LPWAN-Technologie kann in verschiedenen Branchen eingesetzt werden, wie Smart Industries, Intelligente Dienstprogramme, Intelligente Städte, Intelligente Gebäude, usw.

Smart Industry – inklusive Asset-Tracking, Automatisierung von Anlagenprozessen, diskrete Automatisierung, Umweltüberwachung, Industriebeleuchtung, kommerzielle Sicherheit, Infrastrukturüberwachung, Wassermanagement und verschiedene andere Anwendungen, und mehr.

Intelligente Versorgungseinrichtungen – einschließlich intelligentem Wassermanagement, Strom und Gas, Der wichtigste Teil ist Smart Metering.

Intelligente Stadt – umfasst Anwendungen im Zusammenhang mit der Verwaltung kommunaler Ressourcen und Dienstleistungen. Fälle betreffen Straßenbeleuchtung, Abfallkontrolle, Parkplatzverwaltung, Umgebungserkennung, Verkehrsüberwachung, Notfallmanagement und ÖPNV-Steuerung.

Intelligentes Gebäude – Intelligente Gebäude erfordern Gebäudeautomation, einschließlich Anwendungen im Zusammenhang mit HV oder AC (Heizung, Belüftung, Klimaanlage), Energiekontrolle, Sicherheit, Beleuchtung, und Raumautomation.

Momentan, Bei LPWAN-Anwendungen handelt es sich meist um batteriebetriebene Anwendungen. Aufgrund der geringen Kommunikationsfrequenz und des geringen Datenvolumens, Die Batterie kann in der Regel mehrere Jahre oder sogar zehn Jahre lang funktionieren. Was ist mehr, Es kann durch Energiegewinnung, einschließlich Solarenergie, betrieben werden. Die LPWAN-Technologie bietet eine neue Option für die Bereitstellung von IoT-Anwendungen, Dies wird sicherlich große Fortschritte bei IoT-Anwendungen bringen.

Die Lösungen für LPWAN-Technologien

Produktwechsel – Aus Produktsicht, LPWAN-bezogene Produkte sind kein Einzelprodukt mehr, sondern ein systematisches Produkt. Es umfasst Sensorklemmen, Gateways (oder Basisstationen), Netzwerkserver, und Anwendungsservice-Software.

Leistungswechsel – Der Produktwechsel erweitert den Leistungsumfang und die Leistungsform.

Veränderungen bei den Betreibern – Es sind zellulare und nicht zellulare LPWAN-Technologien entstanden. Mobilfunktechnologien, wie NB-IoT und LTE-M, Definieren Sie Schmalband-IoT nicht mehr anhand der Verkehrsgebühren für Betreiber, sondern eher in Bezug auf die Anzahl der Verbindungen. Zum Beispiel, Das von der Telekom eingeführte NB-loT-Tarifpaket basiert auf der „Anzahl der Anschlüsse“., unter Verwendung eines Paketmodells, die eine bestimmte Anzahl von Verbindungen innerhalb des Pakets angibt, und berechnet die Anzahl der über das Paket hinausgehenden Verbindungen separat. Die nicht-zellulare LoRa-Technologie mit offenem Standard hat mehreren Unternehmen mehr Entwicklungsfreiheit gegeben und es sind Betreiber entstanden, die auf LoRa-Netzwerkdiensten basieren.

Der Wert von Daten – LPWAN-Technologie ermöglicht eine umfassende Konnektivität von Dingen, und Daten werden an Cloud-Server übertragen, das Regierungen und Unternehmen neue Managementmethoden auf der Grundlage von Datenanalyse und -management bietet.

Wofür wird LPWAN verwendet??

Anwendung von NB-IoT in der Tierhaltung

Die Viehwirtschaft wird hauptsächlich in die Zucht in Gefangenschaft und die Viehzucht unterteilt, wobei die nördlichen und westlichen Grenzen Chinas die wichtigsten Weidegebiete sind.

Zu den Vorteilen der Viehzucht gehören eine hohe Qualität des Nutztierfleisches und geringere Futterkosten, Dies führt jedoch zu vielen Unannehmlichkeiten bei der Tierhaltung.

Künstliche Beweidung ist nach wie vor die primitivste und unkomplizierteste. Jedoch, Es gibt mehrere Mängel:

• 1. Bei der künstlichen Beweidung muss eine Person grasen, Das ist eine Verschwendung von Arbeitskräften
• 2. Künstliche Beweidung birgt Sicherheitsrisiken, und es besteht Verletzungsgefahr durch wilde Tiere
• 3. Künstlicher Besatz ist für eine systemische Bewirtschaftung nicht geeignet

Dieses Problem kann durch die Verwendung von GPS und GPRS gelöst werden System zur Ortung von Nutztieren. Jedoch, Die individuelle Größe der Rinder- und Schafherde ist riesig, Die Kapazität der GPRS-Kommunikationsbasisstation wird nicht ausreichen, und die Akkulaufzeit wird problematisch sein. Darüber hinaus, Die Höfe liegen relativ abgelegen, und die Signalabdeckungsstärke wird problematisch sein.

Der Anwendung von NB-IoT in Zählerfernablesung

Wasser- und Gaszähler sind eng mit unserem täglichen Leben verbunden und werden in jeder Familie eingesetzt.

Der primitivste Ansatz besteht darin, die Zählerstatistiken manuell zu Hause abzulesen. Mit dem schnellen Wachstum der Gesellschaft, Die manuelle Zählerablesung hat zu einer Reihe von Mängeln geführt.

• 1. Geringe Effizienz
• 2. Hohe Arbeitskosten
• 3. Fehleranfällige Datenaufzeichnung
• 4. Die Besitzer haben Angst vor Fremden und dürfen die Tür nicht betreten
• 5. Schwierig zu warten und zu verwalten, usw.

Es entstand die GPRS-Fernablesung von Zählern. Es kann viele Probleme der manuellen Zählerablesung bewältigen, und ist besser entwickelt, effizienter und sicherer als die manuelle Zählerablesetechnik.

Der Anwendung von NB-IoT in der Schachtdeckelüberwachung

Die Bauarbeiten in der Stadt gehen zügig voran und die Zahl der unterirdischen Bauarbeiten der kommunalen öffentlichen Infrastruktur nimmt zu, so dass die Zunahme von Schachtabdeckungen unvermeidlich ist.

Eine wichtige Rolle spielt der Schachtdeckel. Zum Beispiel, wenn wir die Informationen über den Status der Schachtabdeckung nicht rechtzeitig erhalten können, Dies wird möglicherweise zu großen Verlusten an Leben und Eigentum von Menschen führen.

Derzeit, Die meisten Städte werden durch manuelle Kontrollen überwacht und inspiziert. Jedoch, wegen der großen Anzahl an Schachtabdeckungen, und die geringe Effizienz der manuellen Inspektion, Oft ist es unmöglich, den Status von Schachtabdeckungen rechtzeitig und genau zu erhalten, was zu allerlei Sicherheitsrisiken führt.

Mit der Popularität der intelligentes Zuhause Branche in den letzten Jahren, Auch die Nutzungsrate des Smart Locks im täglichen Leben nimmt zu.

Derzeit, Das Smart Lock nutzt einen nicht-mechanischen Schlüssel als Technologie zur Benutzeridentifizierung.

Mainstream-Technologien sind Proximity-Karten, Identifizierung per Fingerabdruck, Passwort-Identifikation, Gesichtserkennung und so weiter, was die Sicherheit der Zutrittsüberwachung deutlich erhöht.

Voraussetzung für die oben genannte Sicherheit ist jedoch der Zustand der Macht. Wenn bei einem Smart Lock ein Stromausfall vorliegt, dann ist das Smart Lock praktisch nicht nutzbar.

Um die Sicherheit zu erhöhen, Das Smart Lock muss über eine eingebaute Batterie verfügen, um grundlegende Daten zu erfassen, und dann die Daten an die Server übertragen, wenn ungewöhnliche Daten erfasst werden, Es gibt automatisch eine Warnung an die Benutzer aus.

Da es nach der Installation eines Smart Locks schwierig ist, es zu demontieren, Die Batterielebensdauer eines Smart Locks muss lang genug sein.

Da sich die Tür in einem geschlossenen Gebäude befindet, Dann ist eine stärkere Signalabdeckung erforderlich, um eine Echtzeit-Netzwerkdatenübertragung sicherzustellen.

Die Zahl der intelligenten Heimterminals ist groß und es muss eine ausreichende Anzahl an Anschlüssen gewährleistet sein.

Das Wichtigste ist, dass nach dem Hinzufügen der oben genannten Merkmale, Es kann auch sicherstellen, dass die Kosten des Geräts innerhalb eines geeigneten Bereichs unter Kontrolle bleiben.

Die Geschichte des Low-Power-Wide-Area-Netzwerks

European Radio Messaging System bezieht sich auf einen europäischen gemeinsamen Funkrufstandard, der vom Europäischen Institut für Telekommunikationsnormen in entwickelt wurde 1990, das nutzte die 169 MHz-HF-Band. Das Treffen der europäischen Post- und Telekommunikationsbehörden und des Ausschusses für elektronische Kommunikation (ECC) kam zu der Entscheidung, die Frequenzen auf andere neue Szenen zu verteilen, die den Fernzähler abdecken 2005. Das Funkspektrum von ISM 169 MHz in Europa steht zur Nutzung zur Verfügung und ist im Rahmen der Lizenz kostenlos, das als kostenloses Lizenzband für Kurzstreckengeräte genutzt werden kann.

• In 2005, die WM-Bus-Vereinbarung wurde eingeführt (auch bekannt als EN13757-4 und 433 MHz und 868 MHz).
• Suez erfand eine AMI-Infrastruktur für einen intelligenten Wasserzähler auf Basis des 169 MHz-Frequenz und begann mit der Einführung in Europa.
• In 2008, Suez stellte das erste drahtlose Modul zur Wasserfernmessung vor 169 MHz.
• In 2012, GRDF traf die Entscheidung, sich für das zu entscheiden 169 MHz-Frequenzband für sein Programm und erzielte bedeutende Ergebnisse.
• In 2013, die 1. Version des AFNOR (Französischer Verband für Normung) Leitlinien für die Gasanwendung wurden eingeführt.
• Von 2014 bis 2015, das Hochleistungs-169-MHz-Mehrkanalmodem auf SDR-Basis (Softwaredefiniertes Radio).
• Infrastruktur auf Telekommunikationsebene, Wasser- und Gaszähler
• In 2017, Die Wize Alliance führte das Wize Agreement ein 1.0.
• AFNOR of Water and Gas Metering Application Guidance wurde eingeführt.
• Der Wize Alliance Link wurde gegründet – CEN TC294
• In 2018, EN13757/2018 wurde eingeführt.
• In 2019, Die Wize Alliance führte das Wize Agreement ein 1.1.
• Die Gas- und Wasserzähler des Wize wurden größtenteils in Europa eingesetzt, mit bisher rund zehn Millionen.