Что такое ЛПВАН? Углубленный взгляд

IoT (Интернет вещей)С широким распространением устройств возросла потребность в коммуникационных решениях с низкой стоимостью, низким энергопотреблением и широким покрытием. В то время как традиционные сотовые сети (3G, 4G) приводят к ненужному энергопотреблению и увеличению стоимости таких устройств, таких технологий, как Wi-Fi, недостаточно из-за ограниченного покрытия. Исходя из этой потребности и разработанный специально для систем Интернета вещей.LPWAN (глобальная сеть с низким энергопотреблением)Это общее название технологий беспроводной связи, обеспечивающих связь на большие расстояния при малой мощности.

Что такое ЛПВАН?

LPWAN (глобальная сеть малой мощности),Это технология беспроводной связи, которая позволяет устройствам Интернета вещей взаимодействовать с низким энергопотреблением в течение очень длительного времени, передавая данные с низкой пропускной способностью. Обычно он обеспечивает передачу данных со скоростью несколько килобит в минуту и ​​поэтому идеально подходит для приложений, не требующих высокой пропускной способности.

Почему он был разработан?

• Энергосбережение: Увеличение срока службы батарей IoT-датчиков до нескольких лет.
• Бюджетный: Минимизация платы за оборудование и подключение.
• Широкий охват: Обеспечение связи в сельской местности и районах с ограниченной инфраструктурой
• Простота: Обеспечение связи без необходимости создания сложных сетевых структур.

Как работает LPWAN?

• Устройства LPWAN обычноспящий режимЭто работает в . Когда им нужно отправить данные, они просыпаются и отправляют небольшие пакеты данных.
• Большая дальность достигается за счет использования низкочастотных (субГГц) диапазонов (например, 868 МГц в Европе, 915 МГц в Америке).
• Как правило, приоритетом является односторонняя (восходящая) связь, некоторые технологии также поддерживают двустороннюю связь.
• Использование частоты илинелицензированныйилилицензированныйэто может быть.

Рекомендуемые технологии LPWAN

1.ЛоРа и ЛоРаВАН

• Физический уровень (LoRa): метод передачи с использованием модуляции Chirp Spread Spectrum (CSS), разработанный Semtech.
• Сетевой уровень (LoRaWAN): стандарт, основанный на LoRa, содержащий протокол MAC и правила управления сетью.
• На нелицензионных частотахработает (например, 868 МГц, 915 МГц)
• Тяжелый восходящий канал, но поддерживает ограниченное количество нисходящих каналов.
• Очень низкое энергопотребление, срок службы батареи более 10 лет.

2.Сигфокс

• Разработан французской компанией
• Ультраузкополосная технология (UNB)
• Может отправлять ограниченное количество текстовых сообщений в день (например, 140 сообщений в день).
• Сверхнизкая пропускная способность: 100 бит/с
• Работает на нелицензионных частотах по подписке.

3.NB-IoT (Узкополосный Интернет вещей)

• Определено 3GPP (стандартами мобильных сетей).
• Работает в лицензированном спектре оператора (например, через инфраструктуру LTE).
• Использует вышки сотовой связи GSM.
• Высокая безопасность данных и надежность сети
• Обеспечивает двустороннюю связь

4.LTE-M (LTE Cat-M1)

• Разработано 3GPP, более продвинутой версией NB-IoT.
• Поддержка мобильности, голосовая поддержка (VoLTE), более высокие скорости (~ 1 Мбит/с)
• Лицензированный спектр, низкая задержка, широкий охват

Технические характеристики LPWAN

ФункцияLoRaWANSigfoxNB-IoTLTE-MFЧастотаНелицензированныйНелицензированныйЛицензированныйЛицензионныйСкорость передачи данных0,3–50 Кбит/с100 бит/с~250 Кбит/с~1 Мбит/сДальность действия10–15 км10–50 км10–15 км5–10 кмСрок службы батареи10+ лет5–10 лет10+ лет5–10 ГодМобильностьНетНетОграничениеДаШифрованиеAES-128НетБезопасность LTEБезопасность LTE

Где используется LPWAN?

• Умные города: Мониторинг парковок, мониторинг уличного освещения, системы сбора мусора
• Умное сельское хозяйство: Датчики влажности почвы, мониторинг погоды, системы орошения.
• Логистика и отслеживание: Отслеживание грузов, отслеживание транспортных средств, безопасность контейнеров.
• Умные счетчики: Дистанционное считывание показаний счетчиков воды, электричества и природного газа.
• Промышленное применение: Мониторинг оборудования на объекте, измерение энергопотребления.
• Технологии здравоохранения: Удаленный мониторинг пациентов, датчики аптечки.

Используется ли LPWAN в Турции?

Да, технологии LPWAN активно используются в Турции:

ЛоРа/ЛоРаВАН

• Он активно используется в различных городах с муниципалитетами и в проектах частного сектора.
• В рамках The Things Network (TTN) в таких городах, как Стамбул, Анкара и Измир, были созданы общественные шлюзы.
• Распространено в сельском хозяйстве и приложениях «умного города».

НБ-IoT

ОператорСитуацияПримеры примененияTurkcellПредоставление активных услуг Показания счетчиков, отслеживание транспортных средствTurkish TelecomШирокая инфраструктура, пилотные проектыУмный город, сельскохозяйственный мониторингVodafoneПредоставление услуг по всей ТурцииЭнергетика, логистика, промышленный мониторинг

Сигфокс

• Реже встречается в Турции.
• Используется в качестве пилотного в некоторых специальных проектах.

Преимущества технологии LPWAN

• Сверхнизкое энергопотреблениеБлагодаря аккумулятору он может работать годами.
• большая дальностьСнижаются затраты на установку инфраструктуры
• Экономически эффективенПредоставляет варианты устройства и подключения.
• Простая установка: Легко настраиваемые устройства, не требующие специальной подготовки.

Проблемы и ограничения LPWAN

• Низкая скорость передачи данных: Не подходит для видео, аудио или данных большого объема.
• задержка: Ограничение для приложений реального времени.
• загрязнение спектра: Риск помех и конфликтов на нелицензионных частотах.
• Роуминг и международная миграция: Ограниченная глобальная совместимость стандартов.

Инструменты разработки и платформы, связанные с LPWAN

• Сеть вещей (TTN): Сеть сообщества с открытым исходным кодом для LoRaWAN.
• Комплекты Arduino и Raspberry Pi LoRa: Тестирование оборудования с помощью комплектов разработчика.
• AWS IoT Core, Azure IoT Hub: Интеграция данных устройства LPWAN с облаком.
• ChirpStack: Бесплатный сетевой сервер LoRaWAN с открытым исходным кодом.

Будущее LPWAN

• Индустрия 4.0и умный городИнтеграция с приложениями увеличится
• Интеграция 5G NB-IoTБолее надежное покрытие и безопасность данных благодаря
• Периферийные вычисленияАнализ данных LPWAN на уровне устройства с помощью
• Соединение LPWAN через спутник: Подключение в сельской местности к таким инициативам, как Starlink и Hiber.

Заключение

LPWAN обеспечивает малое энергопотребление на большой территории, позволяя устройствам Интернета вещей работать удаленно, экономично и в течение длительного времени. Он занял свое место в качестве базовой коммуникационной инфраструктуры в мире Интернета вещей благодаря различным технологиям, таким как LoRaWAN, Sigfox, NB-IoT и LTE-M. Эти технологии активно используются в проектах как государственного, так и частного сектора в Турции. Выбор правильной технологии должен определяться в соответствии со сценарием использования и планироваться с учетом таких факторов, как данные, безопасность, стоимость и покрытие.