Что такое LPWAN: Полное руководство, которое вы должны знать

Что такое LPWAN?

ЛПВАН (Сеть с низкой мощностью) это беспроводная технология, которая соединяет устройства на большие расстояния, используя очень мало энергии. Эта технология помогает машинах и датчикам обмениваться данными по городам, фермы, или фабрики без частых изменений аккумулятора.

В отличие от традиционных Wi-Fi или Сотовые сети, Lpwan лучше всего подходит для простых устройств, которые отправляют небольшие объемы данных. Он хорошо работает в труднодоступных областях, таких как подземные трубы, сельские поля, или высокие здания.

Как ЛПВАН Работа?

Сеть с широкой площади с низкой мощностью подключает устройства, такие как датчики и метры на большие расстояния, используя радиоволны. Эти сети сосредоточены на экономии питания батареи и покрытии больших площадей. Устройства отправляют небольшие пакеты данных (например, “Температура: 25° C.”) Прямо к центральному шлюзу в макете в форме звезды, Избегание сложных соединений между устройствами. Чтобы сохранить энергию, они передаются менее чем на одну секунду и остаются неактивными 99% того времени, Пробуждение только при необходимости или в фиксированном графике (например, один раз в час).

Lpwan достигает больших расстояний (10-40 км в сельской местности) Используя специальные радиоприемники. Некоторые системы распространяют сигналы на нескольких частотах (ЛоРаВАН), в то время как другие используют узкие кусочки радиоволн (НБ-IoT). Один шлюз может поддерживать тысячи устройств, как счетчики воды или фермерские датчики, для 5-10 Годы на небольших батареях. В отличие от Wi-Fi или сотовых сетей, Сеть с широкой площади с низкой мощностью идеально подходит для простых IoT -задач, таких как Отслеживание активов или среды мониторинга.

Типы технологий LPWAN

ЛоРаВАН

ЛоРаВАН это широко принятая технология LPWAN с открытым стандартом, использующая модуляцию LORA для дальнего расстояния, Связь с низким энергопотреблением. Он работает в нелицензированных полосах спектра, Сделать его экономически эффективным для частных развертываний в сельских или отдаленных районах, такие как сельское хозяйство или мониторинг окружающей среды. Ключевые преимущества включают исключительное покрытие (до 15 км в сельских условиях), Ультра-низкое энергопотребление, и гибкий, Децентрализованная сетевая архитектура. Однако, его ограниченные показатели передачи данных (0.3–50 кбит / с), восприимчивость к помехам в переполненные нелицензированные группы, и отсутствие нативного сквозного шифрования может ограничить масштабируемость и безопасность в плотных городских или критически важных приложениях.

НБ-IoT

НБ-IoT (Узкополосная IoT) это клеточный стандарт LPWAN, разработанный 3GPP, работа в лицензированном спектре для надежного, обеспечить связь. Разработано для стационарных, Устройства с низкими данными, такие как интеллектуальные счетчики или мониторинг утилиты, Он предлагает глубокое проникновение в помещение, Сильные Qos гарантирует, и бесшовная интеграция с существующей клеточной инфраструктурой. Хотя он обеспечивает более высокую надежность и безопасность по сравнению с нелицензированными альтернативами, Устройства NB-IOT несут умеренные затраты, зависеть от сети перевозчиков, и не хватает поддержки мобильности или высокоскоростных данных, Сделать их менее подходящими для мобильных или в реальном времени приложений.

LTE-М

LTE-М (LTE CAT-M1), Еще одна клеточная технология 3GPP, Уравновешивает более высокие показатели передачи данных (~ 1 Мбит / с) с низким энергопотреблением, Идеально подходит для мобильных вариантов использования IoT, таких как отслеживание активов или носимые устройства. Он поддерживает такие функции, как голосовая связь, Руководство по борьбе с башней, и обновления прошивки в эфире (Ступня), Все при использовании существующих сетей LTE. Хотя более эффективно, чем традиционный LTE, Он потребляет больше энергии, чем NB-IOT или Lorawan, и требует последовательного клеточного покрытия, ограничение его жизнеспособности в отдаленных областях. Затраты также выше, чем неклеточные варианты LPWAN, Но его универсальные костюмы Городские развертывания IoT.

Sigfox

Sigfox использует Технология Ultra-Narrowband в нелицензированном спектре, чтобы обеспечить ультра-низкую стоимость, Устройства с низкой комплексностью для приложений, таких как системы сигнализации или простые датчики. Его легкий протокол передает крошечные полезные нагрузки (до 12 байты/день) за длинные диапазоны, Достижение годов срока службы батареи с минимальными требованиями к аппаратному обеспечению. Однако, Ограниченная двунаправленная связь Sigfox, полагаться на запатентованную глобальную сеть, и спорадическое региональное покрытие (Из -за зависимостей оператора) ограничить его использование основным, Нечастого передачи данных. Конкуренция от открытых стандартов, таких как Lorawan и Cellular Lpwan, еще больше бросает вызов его долгосрочному внедрению в различных экосистемах IoT.

Преимущества LPWAN

Большое покрытие

Системы LPWAN достигают диапазонов 10-40 км в сельской местности и 2-5 км в городах с использованием одного шлюза, опережая Wi-Fi и Bluetooth. Сигналы проникают в плотные городские структуры, подземные локации, и отдаленная сельхозугодья, Включение подключения для таких устройств, как датчики почвы в сельском хозяйстве или коммунальных счетчиках в подванах.

Высокая энергоэффективность

Устройства работают на небольших батареях для 5-10 годы путем передачи данных в <1-Вторые всплески и оставаться неактивными 99% того времени. Эта конструкция «спящего режима» устраняет частые замены батареи, Сделать эту технологию идеальной для труднодоступных установок, таких как оффшорные датчики или уличные фонарики.

Бюджетный

Это снижает расходы с 3-5 лет платы за подключение и оборудование в размере 10 долларов США.. Его легкие протоколы данных минимизируют потребности в облачном хранении, В то время как открытые стандарты, такие как Lorawan, избегают блокировки продавцов. Развертывание частных сетевых затрат 70% меньше, чем сотовые альтернативы, без SIM -карт или лицензионных сборов с спектром.

Удобное развертывание

Шлюзы установки на существующих башнях, крыши, или лампосты без сложной инфраструктуры. Предварительно сертифицированный его модули позволяет интегрировать подключаемость с датчиками IoT, и сети масштабируются без усилий - отдельный шлюз поддерживает 10,000+ устройства. Фермеры, фабрики, и города могут запустить пилотные проекты в несколько дней, не месяцы.

Некоторые недостатки Lpwan

Проблемы безопасности

Системы с использованием нелицензированного спектра (например, ЛоРаВАН, Sigfox) перехват данных риска или атаки подделки из -за открытых радиочастот. В то время как протоколы, такие как Lorawan, поддерживают шифрование AES-128, Многие развертывания отключают его по умолчанию, чтобы сохранить питание, оставить устройства уязвимыми для фальшивых команд. Cellular Lpwan (НБ-IoT, LTE-М) полагается на безопасность перевозчиков, но все же сталкивается с рисками, такими как клонирование SIM -карты, Как видно в 2019 Глобальная атака IoT Botnet.

Ограничен Дата Тпробег рел

LPWAN приоритет эффективности по сравнению с скоростью, ограничение тарифов на данные на 100 б. (Sigfox) к 50 кбитч (ЛоРаВАН). Устройство Sigfox, например, может только отправить 140 Сообщения ежедневно (12 байты каждый), Сделать его непригодным для оповещений в реальном времени или многопользовательских систем. Это ограничивает варианты использования основной телеметрией, За исключением живых аудио/видео каналов или сложной промышленной автоматизации.

Нет Сuitable для ЧАСинициатор Би WWIDTH рравенство

Разработан для крошечных пакетов данных, Сеть с широкой площади с низкой мощностью борется с частыми или большими трансмиссиями. Отправка файла 1 МБ (например, обновление прошивки) возьмет 4 Часы на NB-IOT (50 кбитч) против 1 Второе на 5G. Приложения IoT с высокой пропускной способностью, такие как наблюдение за беспилотниками или 4K камеры безопасности требуют Wi-Fi 6 или сотовые сети вместо этого.

Приложения LPWAN

Умное здравоохранение

Это позволяет удаленно мониторинг пациентов, надежно передавая жизненно важные данные о здоровье носимые устройства и медицинские датчики для медицинских работников. Его низкое энергопотребление поддерживает долгосрочную работу имплантируемых устройств и систем аварийного оповещения, обеспечение непрерывного ухода за хроническими состояниями и пожилых пациентов без частых замены батареи.

Умное сельское хозяйство

LPWAN оптимизирует управление культурами посредством мониторинга условий почвы в режиме реального времени, погодные модели, и ирригационные системы. Фермеры используют свое широкое покрытие для отслеживания скота и автоматизации тепличных элементов управления по обширной сельской местности, уменьшение отходов воды и повышение урожая, не полагаясь на клеточную инфраструктуру.

Промышленность IoT

Производственные мощности применяют LPWAN для прогнозного обслуживания машин, экологический мониторинг, и отслеживание активов. Технология выдерживает суровую промышленную среду, подключая тысячи датчиков для обнаружения сбоев оборудования, Управлять использованием энергии, и оптимизировать логистику цепочки поставок при минимальных эксплуатационных затратах.

Умные города

Lpwan управляет городской эффективностью, соединяя инфраструктуру, такую ​​как Smart Streetlights, Системы управления отходами, и коммунальные счетчики. Муниципалитеты развертывают его для мониторинга качества воздуха, управлять сигналами трафика, и обнаружить утечку воды по всему городу, Включение решений, управляемых данными, которые сокращают расходы и повышают общественные услуги.

Человеческий мониторинг

В профессиях высокого риска, LPWAN обеспечивает безопасность работников за счет передачи биометрических данных в реальном времени и опасностей для экологических устройств от носимых устройств. Его проникновение через плотные материалы обеспечивает надежную связь в строительных зонах, шахты, и сайты бедствий, Запуск мгновенных оповещений о падении, токсическое воздействие, или чрезвычайные ситуации.

Альтернатива сети 2G/3G: ЛПВАН

По мере того, как поставщики телекоммуникационных поставщиков выходят на стареющие сети 2G/3G для расстановки приоритетов 5G развертывания, Технологии LPWAN, такие как NB-IOT и LTE-M (Cat-M1) появляется как экономически эффективные преемники, адаптированные для потребностей IoT. Эти сети следующего поколения обращаются к критическим недостаткам 2G/3G-чрезмерное энергопотребление, Ограниченная плотность устройства, и растущие эксплуатационные расходы - при сохранении общенационального сотового покрытия.

NB-IOT соответствует диапазону 2G, но сокращает мощность 90%, Обеспечение десятилетнего срока службы батареи для измерителей коммунальных услуг или трекеров активов. LTE-M поддерживает голос и мобильность для таких приложений, как ящики для экстренных вызовов или мониторинг флота, в отличие от статических 3G устройств. Обе технологии работают на современной инфраструктуре 4G/5G, Обеспечение соблюдения сроков глобальной сети Sunset.

Переход на LPWAN сокращает затраты на подключение 60-80% по сравнению с Legacy 3G Solutions, с оптимизированными протоколами, уменьшающими накладные расходы. Ранние пользователи будущие развертывания при доступе к расширенным функциям, таким как обновления в эфире и облачная безопасность. Упреждающие обновления минимизируют сбои в обслуживании, как перевозчики, такие как в&T и Vodafone ускоряют 2G/3G отключение через 2025.

Краткая история ЛПВАН

Появляется в конце 2000-х годов в ответ на потребность в IoT в низкой стоимости, подключение к дальнему дальности, Lpwan развивался из ранних предшественников, таких как аварийные сети 1980 -х годов. Sigfox пионеровал современный Lpwan в 2009 с технологией ультра-карковой полосы, Пока 2015 Стандарт Lorawan включен открытый источник, Развертывание без лицензий. Клеточные варианты NB-IOT и LTE-M (2016) ТЕЛЕКОМ -инфраструктура с использованием телекоммуникационной инфраструктуры, управление доминированием в NB-IOT в Китае и принятию западного LTE-M. После 2020 года, Гибридные сети и спутниковая интеграция расширенное покрытие, Замена поэтапных систем 2G/3G. Несмотря на ранние игроки, такие как Sigfox., Lpwan теперь поддерживает 1.3 миллиард устройств, с NB-iot и Lora, ведущими к прогнозируемому 3 миллиард связей по 2027.

Будущее LPWAN

Lpwan, по прогнозам, достигнет 3 миллиард связей по 2027, с NB-iot, поддерживая доминирование (58% делиться) и Лора, поддерживающая актуальность в неклеточных экосистемах46. Проблемы остаются в балансировке масштабируемости, безопасность, и развивающиеся требования IoT, Но роль LPWAN в включении умных городов, Промышленность 4.0, и устойчивость гарантирует его устойчивое влияние.

вопрос&А

В чем разница между LPwan и Lorawan?

ЛПВАН (Сеть с низкой мощностью) это широкая категория беспроводных технологий, предназначенная для дальнего расстояния, Подключение к IoT с низким энергопотреблением. Lorawan - это специфический протокол LPWAN, который использует метод модуляции LORA и работает на нелицензированном радиоспектре. В то время как LPWAN включает в себя несколько стандартов, таких как NB-IOT, LTE-М, и Sigfox, Лораван выделяется своей архитектурой с открытым исходным кодом, Включение частных сетевых развертываний без зависимостей сотового носителя. Ключевые различия включают охват, спектр и стоимость.

Wi-Fi технология LPWAN?

Нет, Wi-Fi-это не технология LPWAN. В то время как оба являются методами беспроводной связи, Они служат принципиально разным целям.

Какова скорость передачи данных LPWAN?

Lpwan может размещать размеры пакетов данных, как правило, из 10 к 1000 байты на вершине лишних скоростей до 200 Кбит/с.

Какова частота LPWAN?

868МГц или 902 МГц