Como definir tecnologias LPWAN?
LPWAN é umtelecomunicações sem fio WAN desenvolvida para permitir comunicação de longo alcance com uma porcentagem de bits menor. A maioria das tecnologias LPWAN são capazes de alcançar uma cobertura de rede de vários quilómetros ou mesmo dezenas de quilómetros.. Devido à sua ampla cobertura de rede e baixo consumo de energia dos terminais, é mais adequado para a implantação de larga escala Aplicativos IoT.
Comparado com as tecnologias tradicionais da Internet das Coisas, As tecnologias LPWAN possuem pontos fortes distintivos. As tecnologias LPWAN possuem distâncias maiores, em contraste com outras tecnologias de conexão sem fio, como Bluetooth., Wi-fi, Zigbee e 802.15.4. O que mais, Possui uma conexão de menor consumo de energia em comparação com tecnologias celulares(como GPRS, 3G e 4G).
Os princípios de funcionamento do LPWAN
A tecnologia Wize, que se origina do padrão europeu EN-13757 Wireless M-bus, refere-se a Tecnologia de rede LPWAN. Definido pela Wize Alliance, A tecnologia Wize refere-se a um tipo de padrão da Internet das Coisas, que se concentra principalmente em aplicações como medição sem fio, cidades inteligentes e IoT industrial.
A Wize está operando no 169 Banda de frequência MHz, que funciona como uma faixa de frequência livre de licença na Europa. Como utiliza uma banda de baixa frequência com longos comprimentos de onda e forte capacidade de penetração em edifícios e barreiras, sua perda de caminho é bastante reduzida, levando a um maior alcance de transmissão de até vinte quilômetros. O acordo Wize é um acordo bidirecional que permite a transferência e recebimento de informações de até 246 bytes e permite que a atualização do firmware seja realizada remotamente para o dispositivo em rede. Devido à sua transmissão de mensagens curtas do Wize, dispositivos relevantes precisam ser ligados por apenas alguns minutos. E a vida útil da bateria pode durar até 20 anos. O que mais, Wize possui os recursos de criptografia ponta a ponta, garantindo o mais alto nível de segurança.
Quais são as tecnologias sem fio incluídas no LPWAN? (quatro tecnologias sem fio)
As principais características técnicas do Wize:
- A faixa de banda de frequência varia de 169.4 MH para 169.475 MHz, com uma largura de banda inteira de 75 kHz.
- O espectro de rádio é categorizado em 6 canais (ligação ascendente cinco, um link descendente), 12.5 kHz por canal.
- Comunicação biodirecional de 256 uplink de bytes, bem como 256 downlink de bytes.
- Funções extensíveis depuradas e demoduladas, o software que define o rádio (GFSK e 4GFSK).
- Tempo de comunicação, ciclo de serviço para dez por cento, seis minutos por hora.
- Faixa de taxa de comunicação de 2.400 bps a 6.400 bps.
- A distância de comunicação é de até 50 km ou ao ar livre, até dez km ou mais dentro de casa, a cobertura de profundidade da faixa interna de 2,5 km a outros.
- Criptografia de segurança, AES128.
- Menor capacidade de comunicação diária (cinco a dez vezes), consumo de energia extremamente baixo, e as pequenas baterias de lítio são capazes de fornecer energia a dispositivos de leitura remota de medidores por quinze a vinte anos.
- Um mecanismo de convênio permite o agendamento e execução das atualizações de firmware do equipamento com uma emissora de rádio.
A tecnologia LoRa pertence ao LPWAN?
LoRa, que continua sendo uma das tecnologias de comunicação em rede LPWAN, refere-se a um formato de modulação exclusivo gerado pela parte de RF da Semtech com base na tecnologia de espalhamento de espectro para transmissão sem fio ULR, que é utilizado e aprimorado pela Semtech.
Os chips principais da seção de radiofrequência LoRa incluem o SX1276 e também o SX1278. A integração de chips apresenta pequena escala e alta eficiência de forma a trazer alta sensibilidade receptiva ao módulo wireless LoRa.
O chip gateway está equipado com SX1301, que é mais integrado e tem mais passagens, e o gateway LoRa combinado com SX1301 como a chave é capaz de criar uma complicada rede IoT auto-organizada de vários nós com muitos módulos LoRa.
A tecnologia NB-IoT pertence ao LPWAN?
Tecnologia NB-IoT funciona como um LPWA (Rede de área ampla de baixo consumo de energia) solução com os seguintes benefícios:
Conexões massivas: No mesmo composto, NB-IoT pode fornecer 50 a 100 vezes mais acesso do que as tecnologias sem fio existentes, que cabe 100,000 conexões.
Consumo de energia ultrabaixo: Dispositivos NB-IoT consomem pouca energia e podem garantir bateria com duração de mais de cinco anos.
Cobertura profunda: NB-IoT melhora o ganho de 20dB em relação ao LTE e melhora a capacidade de cobertura em 100 vezes, permitindo cobertura profunda de ambientes que são difíceis de serem alcançados com sinais sem fio tradicionais.
Segurança e confiabilidade: Ele suporta autenticação bidirecional e criptografia rigorosa de portos aéreos para obter acesso confiável de nível de operadora.
A tecnologia LTE-M pertence ao LPWAN?
LTE-M, o que significa Categoria de Comunicações do Tipo de Máquina de Evolução de Longo Prazo M1, ou LTE MTC Cat M1, bem como LTE-M, é um padrão de tecnologia LPWAN anunciado pelo 3GPP no Release 13 da especificação. LTE-M é uma tecnologia LPWAN que fornece suporte para IoT, diminuindo a complexidade dos dispositivos e oferecendo uma cobertura estendida, ao mesmo tempo que permite a reutilização da infraestrutura de instalação LTE.. Vida útil da bateria de até mais de dez anos e preços do modem reduzidos para 20 para 25% do modem EGPRS existente.
A tecnologia Sigfox pertence à LPWAN?
Sigfox é uma banda ultraestreita (UNB) tecnologia. Os recursos do salto de frequência, a repetição de quadros e a conectividade de múltiplas estações base o tornam altamente resistente a interferências. A Sigfox utiliza um esquema de acesso rádio que permite a comunicação em qualquer ambiente industrial., científico, e médico (ISM) banda de rádio. Por exemplo, a região europeia utiliza uma ampla 192 Espectro kHz em 868 MHz para implantação e garante 100 Largura de banda do canal Hz para comunicações uplink. Para obter um consumo de energia extremamente baixo, a comunicação com o dispositivo só é possível por alguns curtos períodos de tempo, como quando o dispositivo liga o receptor após enviar uma mensagem.
A tecnologia WIFI pertence ao LPWAN?
Wi-fi, também conhecido como fidelidade sem fio, é uma tecnologia de fidelidade sem fio. É uma tecnologia que permite que um terminal como um PC e um equipamento portátil (por exemplo., PDAs e telefones celulares) para serem interconectados entre si de maneira sem fio.
Wi-Fi refere-se a uma marca de técnica de comunicação de rede sem fio gerenciada pelo Wi-fi Aliança para melhorar a interconectividade entre os itens de rede sem fio com base no IEEE 802.11 padrão.
No contexto de LANs sem fio, significa “certificação de compatibilidade sem fio”, que é crucialmente uma certificação comercial e uma tecnologia para redes sem fio.
Os pontos fortes & desvantagens do LPWAN Tecnologias
Alguns pontos fortes da tecnologia LPWAN:
Longo alcance, ampla cobertura de até dezenas de quilômetros.
Menor consumo de energia, a vida útil da bateria pode durar até dez anos.
Baixa taxa de velocidade de dados, pequeno consumo de largura de banda, baixa capacidade de dados e baixa frequência de comunicação
O atraso de transmissão não é sensível, e a necessidade de transmissão de dados em tempo real não é alta
Baixo custo, baixo custo de implantação devido a requisitos de grande escala
Gateway ou estação base, grande área de cobertura, o baixo número necessário para a construção de infraestrutura de rede
Como a maioria das tecnologias funciona em bandas Sub-GHz, a penetração do sinal da rede é forte
Os desafios do LPWAN
A arquitetura muito fechada da rede de área ampla tradicional dificulta a interconexão multinuvem.
Nos anos seguintes, nebulosidade é a tendência de desenvolvimento. A maioria das empresas implantará seus negócios na nuvem. Para acessar aplicativos em nuvem, A WAN corporativa precisa se interconectar com a nuvem pública, nuvem privada e nuvem SaaS, e a arquitetura WAN tradicional fechada dificilmente pode satisfazer os requisitos de interconexão de múltiplas nuvens. Além disso, a migração dos negócios empresariais para a nuvem inevitavelmente fará com que a WAN corporativa transporte cada vez mais tráfego de aplicativos relacionados à nuvem, e as redes WAN tradicionais dificilmente conseguem suportar o aumento do tráfego WAN.
Redes cada vez mais flexíveis dificultam a obtenção de interconexões diversificadas
A globalização torna as filiais das empresas cada vez mais distribuídas, e filiais diferentes têm requisitos diferentes para redes. Por exemplo, alguns precisam de redes multicamadas, alguns precisam de redes planas, alguns precisam de redes de filiais com vários uplinks(mais do que 5), e alguns precisam de redes com vários HUBs (mais do que 4). Enfrentando uma rede tão complicada, é difícil para as redes WAN tradicionais alcançar redes flexíveis e atender à demanda de interconexão diversificada de empresas.
O número dramaticamente aumentado de aplicativos torna difícil garantir a experiência do aplicativo
Na época da nuvem e da digitalização, um grande número de empresas emergentes estreitamente integradas com a computação em nuvem estão florescendo, e o número e os tipos de aplicativos empresariais estão explodindo, como voz, vídeo, transferência de arquivo, e-mail, e aplicativos SaaS, etc. Diferentes aplicações têm diferentes requisitos de qualidade do link. As linhas privadas empresariais tradicionais não conseguem diferenciar os serviços. O que mais, a rede de Internet recém-adicionada não é capaz de garantir a qualidade dos serviços. Portanto, quando há congestionamento repentino de tráfego ou deterioração da qualidade do link, a experiência de serviços críticos não pode ser garantida.
A difícil operação e manutenção da rede facilita a geração de erros quando a configuração é concluída manualmente
Sob o modelo tradicional, a ativação do serviço exige que os engenheiros de rede vão ao local para configuração manual. A operação e manutenção da rede, bem como a localização de falhas, também exigem que determinado pessoal opere no local. Portanto, a eficiência da ativação do serviço e da operação e manutenção da rede é baixa e com alto custo. Na maré da digitalização e da globalização, as filiais das redes WAN corporativas são mais amplamente distribuídas, mais numerosos, e os serviços prestados são mais complexos, e a operação e manutenção são mais difíceis. Os métodos tradicionais de configuração manual e operação e manutenção dificilmente podem satisfazer as necessidades de rápido desenvolvimento de negócios.
Para que é usado o LPWAN?
A tecnologia LPWAN pode ser aplicada a vários setores, como Indústrias Inteligentes, Utilitários inteligentes, Cidades Inteligentes, Edifícios Inteligentes, etc.
Indústria Inteligente – incluindo rastreamento de ativos, automação de processos de ativos, automação discreta, monitoramento ambiental, iluminação industrial, segurança comercial, monitoramento de infraestrutura, gestão de água e várias outras aplicações, e mais.
Utilidades inteligentes – incluindo gestão inteligente de água, electricidade e gás, a parte mais importante é a medição inteligente.
Cidade inteligente – inclui aplicações relacionadas com a gestão de recursos e serviços municipais. Casos cobrem iluminação pública, controle de resíduos, gerenciamento de estacionamento, detecção ambiental, monitoramento de tráfego, gestão de emergência e controle de transporte público.
Edifício Inteligente – Edifícios inteligentes envolvem automação predial, incluindo aplicações relacionadas a HV ou AC (aquecimento, ventilação, ar condicionado), controle de energia, segurança, iluminação, e automação de salas.
Atualmente, Os aplicativos LPWAN são principalmente aplicativos alimentados por bateria. Devido à sua baixa frequência de comunicação e pequeno volume de dados, a bateria geralmente pode funcionar por vários anos ou até dez anos. O que mais, pode ser alimentado por coleta de energia, incluindo energia solar. A tecnologia LPWAN oferece uma nova opção para implantação de aplicativos em escala IoT, o que certamente trará grande avanço para aplicações IoT.
As soluções para tecnologias LPWAN
Mudança de Produto – Do ponto de vista do produto, Os produtos relacionados ao LPWAN não são mais um produto único, mas sim um produto sistemático. Inclui terminais de detecção, entradas (ou estações base), servidores de rede, e software de serviço de aplicativo.
Mudança de serviço – A mudança de produto amplia o escopo e a forma do serviço.
Mudanças nas operadoras – Surgiram tecnologias LPWAN baseadas em celulares e não celulares. Tecnologias celulares, como NB-IoT e LTE-M, não define mais IoT de banda estreita em termos de tarifas de tráfego para operadoras, mas sim em termos do número de conexões. Por exemplo, o pacote tarifário NB-loT introduzido pela Telecom baseia-se no “número de ligações”, usando um modelo de pacote, que especifica um certo número de conexões dentro do pacote, e cobra separadamente pelo número de conexões além do pacote. A tecnologia não celular LoRa de padrão aberto deu a várias empresas mais liberdade para se desenvolver e surgiram operadoras baseadas em serviços de rede LoRa.
O valor dos dados – a tecnologia LPWAN permite conectividade de coisas em larga escala, e os dados são transmitidos para servidores em nuvem, que traz novos métodos de gestão para governos e empresas com base na análise e gestão de dados.
Para que é usado o LPWAN?
Aplicação de NB-IoT na Pecuária
A indústria pecuária é categorizada principalmente em criação em cativeiro e pecuária, com a parte norte e as fronteiras da parte oeste da China sendo os principais locais de pastagem.
Os benefícios da pecuária incluem carne de gado de alta qualidade e custos mais baixos de alimentação, mas levando a muitos inconvenientes no manejo do gado.
O pastoreio artificial continua a ser o mais primitivo e direto. No entanto, existem várias deficiências:
- 1. O pastoreio artificial exige que uma pessoa paste, o que é um desperdício de mão de obra
- 2. O pastoreio artificial contém riscos de segurança, e existe o risco de ser ferido por animais selvagens
- 3. A lotação artificial não é capaz de manejo sistêmico
Este problema pode ser resolvido usando GPS mais GPRS sistema de localização de gado. No entanto, o tamanho individual do rebanho bovino e ovino é enorme, a capacidade da estação base de comunicação GPRS será insuficiente, e a duração da bateria será problemática. Além disso, as fazendas são relativamente remotas, e a intensidade da cobertura do sinal será problemática.
O Aplicação de NB-IoT em leitura remota do medidor
Os medidores de água e gás estão intimamente associados ao nosso dia a dia e são aplicados a cada família.
A abordagem mais primitiva é ler manualmente as estatísticas do medidor em casa. Com o rápido crescimento da sociedade, a leitura manual dos medidores deu origem a uma série de deficiências.
- 1. Baixa eficiencia
- 2. Alto custo de mão de obra
- 3. Gravação de dados sujeita a erros
- 4. Os proprietários desconfiam de estranhos e não podem entrar pela porta
- 5. Difícil de manter e gerenciar, etc.
A leitura remota do medidor GPRS surgiu. Ele pode lidar com muitos problemas de leitura manual do medidor, e é mais bem desenvolvido, eficiente e seguro do que a tecnologia de leitura manual de medidores.
O Aplicação de NB-IoT no monitoramento de tampas de esgoto
A cidade está em rápida construção e as obras subterrâneas realizadas pelas infra-estruturas públicas municipais estão a aumentar pelo que o aumento das tampas de esgoto é inevitável.
A tampa do bueiro desempenha um papel importante. Por exemplo, se não conseguirmos obter informações sobre o status da tampa de esgoto a tempo, causará potencialmente grande perda de vidas e propriedades de pessoas.
Atualmente, a maioria das cidades é monitorada e fiscalizada por verificação manual. No entanto, por causa do grande número de tampas de esgoto, e a baixa eficiência da inspeção manual, muitas vezes é impossível obter informações de status das tampas de esgoto a tempo e com precisão, o que leva a todos os tipos de riscos de segurança.
Com a popularidade do lar inteligente indústria nos últimos anos, a taxa de utilização do smart lock na vida diária também está aumentando.
Atualmente, o bloqueio inteligente utiliza uma chave não mecânica como tecnologia de identificação do usuário.
As principais tecnologias são cartão de proximidade, identificação de impressão digital, identificação por senha, reconhecimento facial e assim por diante, o que aumenta substancialmente a segurança do monitoramento de acesso.
Mas a pré-condição da segurança acima é o estado de poder. Se um smart lock estiver em situação de falha de energia, então o bloqueio inteligente praticamente não pode ser usado.
Para aumentar a segurança, o smart lock precisa ter uma bateria embutida para coletar dados básicos, e depois transferir os dados para os servidores Se houver dados anormais coletados, emite automaticamente um aviso aos usuários.
Como é difícil desmontar após a instalação de um smart lock, a vida útil da bateria de um bloqueio inteligente deve ser longa o suficiente.
Como a localização da porta está em um prédio fechado, então é necessária uma cobertura de sinal mais forte para garantir a transmissão de dados da rede em tempo real.
O número de terminais domésticos inteligentes é grande e é necessário garantir uma quantidade suficiente de conexões.
O mais importante é que após a adição das características acima, também pode garantir que o custo do dispositivo esteja sob controle em uma faixa adequada.
A história da rede de área ampla de baixo consumo de energia
Sistema Europeu de Mensagens de Rádio refere-se a um padrão comum europeu de paging por rádio inventado pelo Instituto Europeu de Padrões de Telecomunicações em 1990, que aproveitou o 169 Banda RF de MHz. A Reunião das Autoridades Europeias dos Correios e Telecomunicações e o Comité das Comunicações Eletrónicas (ECC) tomou a decisão de distribuir as frequências para outras novas cenas abrangendo o leitor de medição remota em 2005. O espectro de rádio do ISM 169 MHz na Europa está disponível para uso e gratuitamente nos termos da licença, que pode ser utilizada como uma banda de licença gratuita para equipamentos de curta distância.
- Em 2005, o acordo WM-Bus foi introduzido (também denominado também conhecido como EN13757-4 e 433 MHz e 868 MHz).
- A Suez inventou uma infraestrutura AMI para um medidor de água inteligente com base no 169 frequência MHz e iniciou sua implantação na Europa.
- Em 2008, A Suez apresentou o primeiro módulo sem fio para medição remota de água trabalhando em 169 MHz.
- Em 2012, GRDF tomou a decisão de escolher o 169 faixa de frequência MHz para seu programa e obteve resultados significativos.
- Em 2013, a 1ª versão do AFNOR (Associação Francesa de Normalização) Orientação para aplicação de gás foi introduzida.
- De 2014 a 2015, o modem multicanal de 169 MHz de alto desempenho baseado em SDR (Rádio definido por software).
- Infraestrutura de nível de telecomunicações, medidores de água e gás
- Em 2017, a Aliança Wize introduziu o Acordo Wize 1.0.
- AFNOR de Orientação para Aplicação de Medição de Água e Gás foi introduzida.
- O Wize Alliance Link foi estabelecido – CEN TC294
- Em 2018, EN13757/2018 foi introduzida.
- Em 2019, a Aliança Wize introduziu o Acordo Wize 1.1.
- Os medidores de gás e água do Wize foram amplamente implantados na Europa, com cerca de dez milhões até agora.
