Come definire le tecnologie LPWAN?
LPWAN è unotelecomunicazioni senza fili WAN sviluppata per consentire comunicazioni a lungo raggio con una percentuale di bit inferiore. La maggior parte delle tecnologie LPWAN è in grado di raggiungere una copertura di rete di diversi chilometri o addirittura decine di chilometri. Grazie all'ampia copertura di rete e al basso consumo energetico dei terminali, è più adatto per l’implementazione su larga scala Applicazioni dell'IoT.
Rispetto alle tradizionali tecnologie dell’Internet of Things, Le tecnologie LPWAN possiedono punti di forza distintivi. Le tecnologie LPWAN possiedono distanze più lunghe che sono in contrasto con altre tecnologie di connessione wireless come Bluetooth, Wifi, Zigbee E 802.15.4. Cosa c'è di più, Possiede una connessione a consumo energetico inferiore rispetto alle tecnologie cellulari(come il GPRS, 3G e 4G).
I principi di funzionamento di LPWAN
La tecnologia Wize, che deriva dallo standard europeo EN-13757 Wireless M-bus, si riferisce a Tecnologia di rete LPWAN. Definito dalla Wize Alliance, La tecnologia Wize si riferisce a un tipo di standard Internet of Things, che si concentra principalmente su applicazioni come la misurazione wireless, città intelligenti e IoT industriale.
The Wize opera nel 169 Banda di frequenza MHz, che funziona come banda di frequenza senza licenza in Europa. Poiché utilizza una banda a bassa frequenza con lunghe lunghezze d'onda e una forte capacità di penetrazione di edifici e barriere, la sua perdita di percorso è notevolmente ridotta, portando ad un raggio di trasmissione più lungo fino a venti chilometri. L'accordo Wize è un accordo bidirezionale che consente il trasferimento e la ricezione di informazioni fino a 246 byte e consente di eseguire l'aggiornamento del firmware in remoto sul dispositivo di rete. A causa della trasmissione di messaggi brevi di Wize, è necessario che i dispositivi interessati siano accesi solo per pochi minuti. E la durata della batteria può durare fino a 20 anni. Cosa c'è di più, Wize possiede le funzionalità della crittografia end-to-end, garantendo il massimo livello di sicurezza.
Quali sono le tecnologie wireless incluse in LPWAN? (quattro tecnologie wireless)
Le principali caratteristiche tecniche del Wize:
- La gamma della banda di frequenza varia da 169.4 MH a 169.475 MHz, con un'intera larghezza di banda di 75 kHz.
- Lo spettro radio è classificato in 6 canali (cinque collegamento in salita, un collegamento in discesa), 12.5 kHz per canale.
- Comunicazione biodirezionale di 256 byte uplink così come 256 byte di downlink.
- Funzioni debuggate e demodulate estensibili, il software che definisce la radio (GFSK e 4GFSK).
- Tempo di comunicazione, ciclo di servizio per il 10%., sei minuti all'ora.
- La velocità di comunicazione varia da 2400 bps a 6400 bps.
- La distanza di comunicazione è fino a 50 km o all'aperto, fino a dieci km o più in ambienti chiusi, la profondità di copertura della gamma indoor va da 2,5 km ad altri.
- Crittografia di sicurezza, AES128.
- Minore capacità di comunicazione quotidiana (cinque-dieci volte), consumo energetico estremamente ridotto, e le piccole batterie al litio sono in grado di alimentare i dispositivi di lettura remota dei contatori per quindici-venti anni.
- Un meccanismo di accordo consente la pianificazione e l'esecuzione degli aggiornamenti del firmware dell'apparecchiatura con una radio emittente.
La tecnologia LoRa appartiene a LPWAN?
LoRa, che rimane una delle tecnologie di comunicazione in rete LPWAN, si riferisce a un formato di modulazione unico generato dalla parte RF di Semtech basato sulla tecnologia dello spettro di diffusione per la trasmissione wireless ULR, che viene utilizzato e migliorato da Semtech.
I chip principali della sezione LoRa Radio Frequency includono SX1276 e SX1278. L'integrazione dei chip è di piccola scala ed altamente efficiente in modo da offrire un'elevata sensibilità ricettiva al modulo wireless LoRa.
Il chip gateway è dotato di SX1301, che è più integrato e ha più passaggi, e il gateway LoRa combinato con SX1301 come chiave è in grado di creare una complicata rete auto-organizzante IoT multi-nodo con molti moduli LoRa.
La tecnologia NB-IoT appartiene a LPWAN?
Tecnologia NB-IoT funziona come un LPWA (Rete geografica a basso consumo) soluzione con i seguenti vantaggi:
Connessioni massicce: Nello stesso complesso, NB-IoT può fornire un accesso 50~100 volte maggiore rispetto alle tecnologie wireless esistenti, che spetta a 100,000 connessioni.
Consumo energetico estremamente basso: I dispositivi NB-IoT consumano poca energia e possono garantire una durata della batteria superiore a cinque anni.
Copertura profonda: NB-IoT migliora il guadagno di 20 dB rispetto a LTE e migliora la capacità di copertura di 100 volte, consentendo una copertura profonda di ambienti difficili da raggiungere con i tradizionali segnali wireless.
Sicurezza e affidabilità: Supporta l'autenticazione bidirezionale e la crittografia rigorosa dei porti aerei per ottenere un accesso affidabile di livello carrier.
La tecnologia LTE-M appartiene a LPWAN?
LTE-M, che significa Categoria di comunicazione di tipo macchina con evoluzione a lungo termine M1, o LTE MTC Cat M1 e LTE-M, è uno standard tecnologico LPWAN annunciato dal 3GPP in Release 13 della specifica. LTE-M è una tecnologia LPWAN che fornisce supporto per l'IoT diminuendo la complessità dei dispositivi e offrendo una portata coperta estesa, consentendo al tempo stesso il riutilizzo dell'infrastruttura di installazione LTE. Durata della batteria fino a oltre dieci anni e prezzi del modem abbassati 20 A 25% del modem EGPRS esistente.
La tecnologia Sigfox appartiene a LPWAN?
Sigfox è una banda ultrastretta (UNB) tecnologia. Le caratteristiche del salto di frequenza, la ripetizione dei frame e la connettività con stazioni multibase lo rendono altamente resistente alle interferenze. Sigfox utilizza uno schema di accesso radio che consente la comunicazione in qualsiasi ambiente industriale, scientifico, e medico (ISM) banda radiofonica. Ad esempio, la regione europea ne utilizza un'ampia 192 spettro kHz a 868 MHz per la distribuzione e garantisce 100 Larghezza di banda del canale Hz per le comunicazioni uplink. Per realizzare un consumo energetico estremamente basso, la comunicazione con il dispositivo è possibile solo per brevi periodi di tempo, ad esempio quando il dispositivo accende il ricevitore dopo aver inviato un messaggio.
La tecnologia WIFI appartiene a LPWAN?
Wifi, indicato anche come Wireless Fidelity, è una tecnologia di fedeltà wireless. È una tecnologia che abilita un terminale come un PC e un'apparecchiatura portatile (per esempio., PDA e telefoni cellulari) essere interconnessi tra loro in modalità wireless.
Wi-Fi si riferisce a un marchio di una tecnica di comunicazione di rete wireless gestita da Wifi Alleanza per migliorare l'interconnettività tra gli elementi della rete wireless sulla base dell'IEEE 802.11 standard.
Nel contesto delle LAN wireless, sta per “certificazione di compatibilità wireless”, che è essenzialmente una certificazione commerciale e una tecnologia per le reti wireless.
I punti di forza & svantaggi di LPWAN Tecnologie
Alcuni principali punti di forza della tecnologia LPWAN:
Lungo raggio, ampia copertura fino a decine di chilometri.
Consumo energetico inferiore, la durata della batteria può durare fino a dieci anni.
Bassa velocità dei dati, piccolo consumo di larghezza di banda, scarsa capacità di dati e bassa frequenza di comunicazione
Il ritardo di trasmissione non è sensibile, e i requisiti per la trasmissione dei dati in tempo reale non sono elevati
Basso costo, basso costo di implementazione a causa di requisiti su larga scala
Gateway o stazione base, ampia area di copertura, il basso numero richiesto per la costruzione delle infrastrutture di rete
Poiché la maggior parte delle tecnologie funziona nelle bande sub-GHz, la penetrazione del segnale di rete è forte
Le sfide di LPWAN
L’architettura troppo chiusa della tradizionale rete geografica rende difficile realizzare l’interconnessione multi-cloud.
Negli anni successivi, la nuvolosità è la tendenza di sviluppo. La maggior parte delle aziende implementerà la propria attività nel cloud. Per accedere alle applicazioni cloud, La WAN aziendale deve interconnettersi con il cloud pubblico, cloud privato e cloud SaaS, e l’architettura WAN tradizionale chiusa difficilmente può soddisfare i requisiti di interconnessione di più cloud. Inoltre, la migrazione delle attività aziendali al cloud porterà inevitabilmente la WAN aziendale a trasportare sempre più traffico applicativo correlato al cloud, e le reti WAN tradizionali difficilmente possono supportare l’aumento del traffico WAN.
Le reti sempre più flessibili rendono difficile realizzare interconnessioni diversificate
La globalizzazione rende le filiali delle imprese sempre più distribuite, e diverse filiali hanno requisiti diversi per le reti. Ad esempio, alcuni necessitano di reti multistrato, alcuni hanno bisogno di reti piatte, alcuni necessitano di reti di filiali con più uplink(più di 5), e alcuni necessitano di reti con più HUB (più di 4). Di fronte ad una rete così complicata, è difficile per le reti WAN tradizionali realizzare reti flessibili e soddisfare la domanda di interconnessione diversificata delle imprese.
Il numero drammaticamente aumentato di applicazioni rende difficile garantire l'esperienza dell'applicazione
Ai tempi del cloud e della digitalizzazione, stanno fiorendo un gran numero di imprese emergenti strettamente integrate con il cloud computing, e il numero e i tipi di applicazioni aziendali stanno esplodendo, come la voce, video, trasferimento di file, e-mail, e applicazioni SaaS, eccetera. Applicazioni diverse hanno requisiti diversi sulla qualità del collegamento. Le linee private aziendali tradizionali non possono differenziare i servizi. Cosa c'è di più, la rete Internet appena aggiunta non è in grado di garantire la qualità dei servizi. Perciò, quando si verifica un'improvvisa congestione del traffico o un deterioramento della qualità del collegamento, l'esperienza dei servizi critici non può essere garantita.
Difficoltà di funzionamento e manutenzione della rete facilitano la generazione di errori quando la configurazione viene completata manualmente
Secondo il modello tradizionale, l'attivazione del servizio richiede che i tecnici di rete si rechino sul sito per la configurazione manuale. Anche il funzionamento e la manutenzione della rete, nonché la localizzazione dei guasti, richiedono l'intervento di personale in loco. Perciò, l'efficienza dell'attivazione del servizio e del funzionamento e della manutenzione della rete è bassa e presenta costi elevati. Nell’onda della digitalizzazione e della globalizzazione, i rami delle reti WAN aziendali sono più ampiamente distribuiti, più numerosi, e i servizi trasportati sono più complessi, e il funzionamento e la manutenzione sono più difficili. I tradizionali metodi di configurazione manuale, funzionamento e manutenzione difficilmente possono soddisfare le esigenze di un rapido sviluppo del business.
A cosa serve LPWAN?
La tecnologia LPWAN può essere applicata a vari settori, come le industrie intelligenti, Utilità intelligenti, Città intelligenti, Edifici intelligenti, eccetera.
Smart Industry: incluso il monitoraggio delle risorse, automazione del processo patrimoniale, automazione discreta, monitoraggio ambientale, illuminazione industriale, sicurezza commerciale, monitoraggio delle infrastrutture, gestione dell'acqua e varie altre applicazioni, e altro ancora.
Utilità intelligenti – compresa la gestione intelligente dell’acqua, elettricità e gas, la parte più importante è la misurazione intelligente.
Città intelligente – comprende applicazioni legate alla gestione delle risorse e dei servizi comunali. I casi riguardano l'illuminazione stradale, controllo dei rifiuti, gestione dei parcheggi, rilevamento ambientale, monitoraggio del traffico, gestione delle emergenze e controllo dei trasporti pubblici.
Edificio intelligente – Gli edifici intelligenti implicano l’automazione degli edifici, comprese le applicazioni relative ad alta tensione o corrente alternata (riscaldamento, ventilazione, aria condizionata), controllo energetico, sicurezza, illuminazione, e automazione delle camere.
Attualmente, Le applicazioni LPWAN sono per lo più applicazioni alimentate a batteria. A causa della bassa frequenza di comunicazione e del piccolo volume di dati, la batteria generalmente può funzionare per diversi anni o addirittura dieci anni. Cosa c'è di più, può essere alimentato dalla raccolta di energia, inclusa l'energia solare. La tecnologia LPWAN offre una nuova opzione per la distribuzione di applicazioni su scala IoT, che porterà sicuramente grandi progressi alle applicazioni IoT.
Le soluzioni per le tecnologie LPWAN
Cambiamento di prodotto: dal punto di vista del prodotto, I prodotti correlati a LPWAN non sono più un singolo prodotto ma piuttosto un prodotto sistematico. Include terminali di rilevamento, gateway (o stazioni base), server di rete, e software di servizi applicativi.
Modifica del servizio – La modifica del prodotto estende la portata e la forma del servizio.
Cambiamenti negli operatori – Sono emerse tecnologie LPWAN basate su cellulari e non cellulari. Tecnologie cellulari, come NB-IoT e LTE-M, non definiscono più l’IoT a banda stretta in termini di tariffe per il traffico per gli operatori, ma piuttosto in termini di numero di connessioni. Per esempio, il pacchetto tariffario NB-loT introdotto da Telecom è basato sul “numero di connessioni”, utilizzando un modello di pacchetto, che specifica un certo numero di connessioni all'interno del pacchetto, e addebita separatamente il numero di connessioni oltre il pacchetto. La tecnologia non cellulare LoRa a standard aperto ha dato a diverse aziende maggiore libertà di sviluppo e sono emersi operatori basati sui servizi di rete LoRa.
Il valore dei dati: la tecnologia LPWAN consente la connettività su larga scala delle cose, e i dati vengono trasmessi ai server cloud, che porta nuovi metodi di gestione ai governi e alle imprese basati sull’analisi e sulla gestione dei dati.
A cosa serve LPWAN?
Applicazione di NB-IoT nella zootecnia
L'industria del bestiame è principalmente classificata in allevamento in cattività e allevamento, con le frontiere nord e ovest della Cina che sono i principali luoghi di pascolo.
I vantaggi dell’allevamento includono l’alta qualità della carne del bestiame e costi di alimentazione inferiori, ma comportando non pochi disagi nella gestione del bestiame.
Il pascolo artificiale rimane il più primitivo e diretto. Tuttavia, ci sono diverse carenze:
- 1. Il pascolo artificiale richiede che una persona pascoli, il che è uno spreco di manodopera
- 2. Il pascolo artificiale comporta rischi per la sicurezza, e c'è il rischio di essere feriti da animali selvatici
- 3. L’allevamento artificiale non è suscettibile di gestione sistemica
Questo problema può essere gestito utilizzando GPS e GPRS sistema di localizzazione del bestiame. Tuttavia, la dimensione individuale del bestiame bovino e ovino è enorme, la capacità della stazione base di comunicazione GPRS sarà insufficiente, e la durata della batteria sarà problematica. Inoltre, le fattorie sono relativamente remote, e la forza della copertura del segnale sarà problematica.
IL Applicazione di NB-IoT in lettura contatori a distanza
I contatori dell'acqua e del gas sono strettamente associati alla nostra vita quotidiana e vengono applicati a ogni famiglia.
L'approccio più primitivo è leggere manualmente le statistiche del contatore a casa. Con la rapida crescita della società, la lettura manuale dei contatori ha dato origine a una serie di carenze.
- 1. Bassa efficienza
- 2. Costo del lavoro elevato
- 3. Registrazione dati soggetta a errori
- 4. I proprietari diffidano degli estranei e non possono entrare dalla porta
- 5. Difficile da mantenere e gestire, eccetera.
È emersa la lettura remota dei contatori GPRS. Può far fronte a molti problemi di lettura manuale dei contatori, ed è più sviluppato, efficiente e sicura rispetto alla tecnologia di lettura manuale dei contatori.
IL Applicazione di NB-IoT nel monitoraggio dei chiusini
La città è in rapida edificazione e le opere sotterranee predisposte dalle infrastrutture pubbliche comunali aumentano quindi l'aumento dei tombini è inevitabile.
Il chiusino gioca un ruolo importante. Ad esempio, se non riusciamo a ottenere informazioni sullo stato del chiusino in tempo, causerà potenzialmente grandi perdite di vite umane e di proprietà.
Attualmente, la maggior parte delle città sono monitorate e ispezionate mediante controllo manuale. Tuttavia, a causa dell'enorme numero di tombini, e la bassa efficienza dell'ispezione manuale, spesso è impossibile ottenere informazioni sullo stato dei chiusini in tempo e con precisione, che porta a tutti i tipi di rischi per la sicurezza.
Con la popolarità di casa intelligente settore negli ultimi anni, aumenta anche il tasso di utilizzo della serratura intelligente nella vita quotidiana.
Attualmente, la serratura intelligente utilizza una chiave non meccanica come tecnologia di identificazione dell'utente.
Le tecnologie tradizionali sono le carte di prossimità, identificazione delle impronte digitali, identificazione della password, riconoscimento facciale e così via, che migliora sostanzialmente la sicurezza del monitoraggio degli accessi.
Ma il presupposto di tale sicurezza è lo stato del potere. Se una serratura intelligente si trova in una situazione di interruzione di corrente, quindi la serratura intelligente è praticamente inutilizzabile.
Al fine di aumentare la sicurezza, la serratura intelligente deve avere una batteria integrata per raccogliere i dati di base, e quindi trasferire i dati ai server Se vengono raccolti dati anomali, emette automaticamente un avviso per gli utenti.
Poiché è difficile da smontare dopo l'installazione di una serratura intelligente, la durata della batteria di una serratura intelligente deve essere sufficientemente lunga.
Poiché la posizione della porta è in un edificio chiuso, è quindi necessaria una copertura del segnale più forte per garantire la trasmissione dei dati di rete in tempo reale.
Il numero di terminali domestici intelligenti è elevato ed è necessario garantire un numero sufficiente di connessioni.
La cosa più importante è quella dopo l'aggiunta dei tratti di cui sopra, può anche garantire che il costo del dispositivo sia sotto controllo entro un range adeguato.
La storia della rete geografica a basso consumo
Il sistema europeo di messaggistica radiofonica si riferisce a uno standard comune europeo di cercapersone radio inventato dall'Istituto europeo per gli standard di telecomunicazione nel 1990, che ha utilizzato il 169 Banda RF MHz. La riunione delle autorità europee delle poste e delle telecomunicazioni e il comitato per le comunicazioni elettroniche (ECC) ha preso la decisione di distribuire le frequenze su altre nuove scene che coprono il lettore di misurazione remota 2005. Lo spettro radio dell'ISM 169 MHz in Europa è disponibile per l'uso e gratuitamente in termini di licenza, che può essere utilizzata come banda di licenza gratuita per apparecchiature a breve distanza.
- In 2005, è stato introdotto l'accordo WM-Bus (chiamato anche EN13757-4 e 433 MHz e 868 MHz).
- Suez ha inventato un'infrastruttura AMI per un contatore dell'acqua intelligente sulla base del 169 frequenza MHz e ha iniziato il suo dispiegamento in Europa.
- In 2008, Suez ha introdotto il primo modulo wireless per la misurazione remota dell'acqua funzionante 169 MHz.
- In 2012, GRDF ha deciso di scegliere il 169 banda di frequenza MHz per il suo programma e ha ottenuto risultati significativi.
- In 2013, la prima versione dell'AFNOR (Associazione francese per la standardizzazione) È stata introdotta la guida per l'applicazione del gas.
- Dal 2014 al 2015, il modem multicanale da 169 MHz ad alte prestazioni basato su SDR (Radio definita dal software).
- Infrastruttura a livello di telecomunicazioni, contatori acqua e gas
- In 2017, la Wize Alliance ha introdotto l'accordo Wize 1.0.
- È stata introdotta la Guida applicativa per la misurazione dell'acqua e del gas AFNOR.
- È stato istituito il collegamento Wize Alliance – CEN TC294
- In 2018, È stata introdotta la norma EN13757/2018.
- In 2019, la Wize Alliance ha introdotto l'accordo Wize 1.1.
- I contatori del gas e dell'acqua Wize sono stati ampiamente utilizzati in Europa, con circa dieci milioni finora.
