Czym jest sieć rozległa o niskim poborze mocy (LPWAN)?

Internet rozwinął się skokowo w ciągu ostatnich kilku dekad. Teraz łączność to nie tylko urządzenia takie jak smartfony i komputery. Internet rzeczy (IoT) tworzy coraz większe i bardziej złożone ekosystemy i aplikacje. Ważną jego częścią jest sieć rozległa o niskim poborze mocy (LPWAN), którą omówimy w tym artykule.

Czym jest sieć rozległa o niskim poborze mocy (LPWAN)?

Określana jako klasa sieci łączności bezprzewodowej w 2013 r., Low-Power Wide Area Network (LPWAN) obejmuje kilka technologii sieci bezprzewodowych. Zasadniczo te technologie łączności bezprzewodowej mają standardowy zasięg komunikacji, zużycie energii i koszt. Te cechy sprawiają, że są one idealnym wyborem dla zastosowań przemysłowych i inteligentnych miast.

Kluczowe cechy technologii LPWAN obejmują:

• Rozszerzony zakres:

Technologie LPWAN oferują łączność w zakresie od ok. 3 km do 50 km odpowiednio dla obszarów miejskich i wiejskich. Taki zasięg między urządzeniami może sprawić, że będzie on odpowiedni do zastosowań wewnętrznych i zewnętrznych, w których technologie bezprzewodowe krótkiego zasięgu, takie jak Bluetooth, Wi-Fi i Zigbee brak.

• Niskie zużycie energii:

Niska szybkość transmisji danych jest kluczem do niskiego zużycia energii przez LPWAN w aplikacjach dalekiego zasięgu. Wiele rozwiązań do monitorowania IoT nie wymaga dużej szybkości transmisji danych, a zatem może pracować z tanimi bateriami o niskim poborze mocy. nawet 15 lat.

• Oszczędność kosztów:

Łatwość implementacji sieci pomaga wyeliminować znaczną złożoność projektowania sprzętu dzięki tanim urządzeniom. Co więcej, większość technologii LPWAN wykorzystuje topologię gwiazdy, eliminując redukcyjną architekturę sieci. Technologie LPWAN mogą wykorzystywać licencjonowane lub wolne od licencji pasma dla idealnego przypadku użycia.

Jakie są technologie LPWAN?

Technologie LPWAN można dalej podzielić na dwie podstawowe kategorie w oparciu o ich potrzeby licencyjne. Tutaj łączność komórkowa, taka jak NBIoT i LTE-CAT M1, działa na licencjonowanych pasmach. Jednocześnie LoRaWan i SigFox działają na nielicencjonowanych pasmach częstotliwości.

Technologie te mogą dodatkowo zaspokajać unikalne potrzeby aplikacji dzięki swoim cechom, takim jak zasięg, przepustowość, szybkość transmisji, zużycie, widmo częstotliwości i zasięg krajowy. Oto szczegółowy podział najbardziej znanych technologii LPWAN do porównania i zrozumienia:

• LoRa:

LoRa działa na nielicencjonowanym spektrum częstotliwości 868/915MHz z przepustowością 125KHz. Jest szczególnie przydatna w przypadku potrzeb o niższym poborze mocy, gdzie wymieniane są mniejsze pakiety z nieograniczoną liczbą wiadomości dziennie. W związku z tym oferuje szybkość transmisji danych od 0,3 KBPS do 50 KBPS. Urządzenia i bramy LoRaWAN mogą być łatwo dostępne i wykorzystywane w wielu zastosowaniach wewnątrz i na zewnątrz budynków. LoRa zużywa najmniejsza moc technologii LPWAN.

• NB-IoT:

NBIoT jest liderem wśród Udział w rynku LPWAN, przy czym LoRa zajmuje drugie miejsce. NBIoT wykorzystuje licencjonowane pasmo LTE, w tym niewykorzystane pasma 200 kHz wcześniej używane dla GSM lub CDMA. W porównaniu do LoRaWAN, oferuje przepustowość 180 kHz i podobną szybkość transmisji danych 50 Kb/s.

• LTE-M:

Kolejną, mniej popularną licencjonowaną technologią LPWAN jest LTE-M, działająca w tym samym paśmie LTE. Oferuje jednak znacznie wyższą przepustowość (1,08MHz) i szybkość transmisji danych 1 Mb/s. Ponadto LTE-M obsługuje również wymianę głosu oprócz danych, w przeciwieństwie do innych technologii.

• SigFox:

SigFox wykorzystuje zastrzeżoną technologię działającą na 868/915 MHz za pośrednictwem jednego operatora w całym kraju. To, co wyróżnia SigFox, to łączność w zasięgu wzroku na odległość 1000 km z szybkością transmisji danych 100bps. Jednak SigFox oferuje obecnie zasięg w 45 krajach i ma najmniejszy udział w rynku z całej czwórki.

Jakie są popularne zastosowania LPWAN?

Jak sama nazwa wskazuje, LPWAN jest najlepszym wyborem do zastosowań, w których wymagane jest niższe zużycie energii w celu pokrycia rozległego obszaru. Oto niektóre z najbardziej znanych zastosowań LPWAN w przemyśle, inteligentnych miastach i commercial:

1. Inteligentne obiekty przemysłowe

Wykorzystanie LPWAN w zastosowaniach przemysłowych cieszy się rosnącym zainteresowaniem. Może być wykorzystywana do monitorowania rozległych obiektów i kontrolowania ogromnej infrastruktury. Dzięki zastosowaniu urządzeń węzłowych i zestawu bram, sieć LPWAN może być wykorzystywana do nadzorowania operacji i warunków przemysłowych.

Może to obejmować wykrywanie pożarów, zarządzanie pracownikami, monitorowanie poziomu wody, wykrywanie wycieków gazu i wiele innych zastosowań końcowych. Dzięki najmniejszym wymaganiom konserwacyjnym i łatwości wdrożenia, LPWAN może pomóc usprawnić operacje w obiektach przemysłowych, łańcuchach dostaw, zakładach produkcyjnych i fabrykach.

2. Rozwiązania pomiarowe:

Inteligentne systemy pomiarowe mogą pomóc miastom w rozwoju i płynnym zarządzaniu dostawami energii, wody i gazu. Problemem związanym z pomiarami są kradzieże, opłaty i korupcja w zużyciu tych zasobów. Inteligentne pomiary oparte na sieci LPWAN mogą pomóc w zwalczaniu tych problemów przy minimalnym ręcznym wysiłku ze strony administracji.

3. Zarządzanie flotą i operacje:

Zarządzanie flotą pojazdów może być uciążliwe i prowadzić do nieefektywnej logistyki, a nawet wypadków w niebezpiecznych miejscach. Zarządzanie flotą za pomocą LPWAN może być bardzo pomocne w obszarach, w których niewłaściwe zarządzanie pojazdami może być przypadkowe, takich jak kopalnie lub porty. Usprawnione zarządzanie flotą zwiększy wydajność, zaoszczędzi paliwo i zoptymalizuje terminy dostaw.

4. Uliczna infrastruktura miejska:

Inteligentne rozwiązania miejskie LPWAN mogą pomóc w kontrolowaniu oświetlenia ulicznego, radzeniu sobie z zatorami drogowymi i monitorowaniu stanu rozległych struktur. Sieć czujników i bramek może być zainstalowana w kilku modułach na rozległym obszarze miasta. Taki łańcuch sieci może zarządzać inteligentnymi miastami z zachowaniem porządku i kontroli. W rezultacie LPWAN pozwoli mieszkańcom inteligentnych miast żyć w zdrowiu, wygodzie i rozwoju.

5. Monitorowanie jakości wody:

Monitorowanie jakości wody jest potrzebą chwili ze względu na rosnące zanieczyszczenie wody. Monitorowanie poziomu wody na większym obszarze w całej sieci wodociągowej nie jest możliwe bez LPWAN. LPWAN może pomóc w śledzeniu dostaw w każdym obszarze i może zidentyfikować zanieczyszczenia w dowolnym węźle, aby zabezpieczyć dostawy.

Nie są to jednak jedyne zastosowania, do których LPWAN jest ograniczona. Aby zarządzać i kontrolować rozszerzone regiony, LPWAN może być wykorzystywany do większej liczby zastosowań, takich jak zbieranie śmieci, pomiar jakości powietrza, zarządzanie katastrofami i wiele innych.

Podsumowując

LPWAN odblokowała ogromny wachlarz aplikacji IoT o dużym zasięgu i niskim poborze mocy. Takie aplikacje dalekiego zasięgu usprawnią szeroką infrastrukturę, prowadząc do lepszego ekosystemu bezpieczeństwa, łączności i wzrostu. Aby dać wyobrażenie, przewiduje się, że będzie 24 miliardy połączonych ze sobą urządzeń do 2050 r. przy takim tempie wzrostu IoT.