Was ist ein Low Power Wide Area Network (LPWAN)?

Das Internet hat sich in den letzten Jahrzehnten sprunghaft entwickelt. Jetzt geht es bei der Konnektivität nicht mehr nur um Geräte wie Smartphones und Computer. Das Internet der Dinge (IoT) schafft immer größere und komplexere Ökosysteme und Anwendungen. Ein wichtiger Teil davon ist das Low-Power Wide Area Network (LPWAN), das wir in diesem Artikel behandeln werden.

Was ist ein Low-Power Wide Area Network (LPWAN)?

Low-Power Wide Area Network (LPWAN) wurde 2013 als eine Klasse von drahtlosen Konnektivitätsnetzwerken bezeichnet und umfasst eine Handvoll drahtloser Netzwerktechnologien. Im Wesentlichen haben diese drahtlosen Konnektivitätstechnologien eine einheitliche Kommunikationsreichweite, einen einheitlichen Stromverbrauch und einheitliche Kosten. Diese Eigenschaften machen sie zu einer idealen Wahl für industrielle und Smart-City-Anwendungen.

Zu den wichtigsten Merkmalen der LPWAN-Technologien gehören:

• Erweiterte Reichweite:

LPWAN-Technologien bieten Konnektivität in einem Bereich von etwa 3KM bis 50KM für städtische bzw. ländliche Gebiete. Eine solche Reichweite zwischen den Geräten eignet sich für Anwendungen im Innen- und Außenbereich, bei denen drahtlose Technologien mit kurzer Reichweite wie Bluetooth, Wi-Fi und Zigbee fehlen.

• Geringer Stromverbrauch:

Die niedrige Datenrate ist der Schlüssel für den geringen Stromverbrauch von LPWAN bei Anwendungen mit großer Reichweite. Viele IoT-Überwachungslösungen benötigen keine hohe Datenrate und können daher mit billigen Batterien mit niedrigem Stromverbrauch arbeiten. sogar 15 Jahre.

• Spart Kosten:

Die einfache Netzwerkimplementierung trägt dazu bei, dass die Komplexität der Hardwareentwicklung mit kostengünstigen Geräten entfällt. Darüber hinaus verwenden die meisten LPWAN-Technologien die Sterntopologie, wodurch eine reduktive Netzwerkarchitektur vermieden wird. LPWAN-Technologien können lizenzierte oder lizenzfreie Bänder für Ihren idealen Anwendungsfall nutzen.

Was sind die LPWAN-Technologien?

LPWAN-Technologien lassen sich aufgrund ihrer Lizenzierungsanforderungen in zwei Hauptkategorien unterteilen. Zellulare Verbindungen wie NBIoT und LTE-CAT M1 arbeiten auf lizenzierten Frequenzbändern. Gleichzeitig arbeiten LoRaWan und SigFox auf nicht lizenzierten Frequenzbändern.

Diese Technologien können mit ihren Merkmalen wie Reichweite, Bandbreite, Übertragungsrate, Verbrauch, Frequenzspektrum und Länderabdeckung einzigartige Anwendungsanforderungen erfüllen. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Aufschlüsselung der wichtigsten LPWAN-Technologien zum Vergleich und Verständnis:

• LoRa:

LoRa arbeitet in einem unlizenzierten Frequenzspektrum von 868/915MHz mit 125 KHz Bandbreite. Es eignet sich besonders für Anwendungen mit geringerem Stromverbrauch, bei denen kleinere Pakete mit einer unbegrenzten Anzahl von Nachrichten pro Tag ausgetauscht werden. Als solches bietet es eine Datenrate von 0,3 KBPS bis 50 KBPS. LoRaWAN-Geräte und -Gateways sind leicht zugänglich und können in vielen Anwendungen im Innen- und Außenbereich eingesetzt werden. LoRa verbraucht die geringste Leistung von LPWAN-Technologien.

• NB-IoT:

NBIoT ist der Spitzenreiter unter den LPWAN-Marktanteilwobei LoRa an zweiter Stelle liegt. NBIoT nutzt das lizenzierte In-Band-LTE-Band, einschließlich ungenutzter 200-kHz-Bänder, die zuvor für GSM oder CDMA verwendet wurden. Im Vergleich zu LoRaWAN bietet es eine Bandbreite von 180 KHz und eine ähnliche Datenrate von 50 Kbps.

• LTE-M:

Die nächste, weniger verbreitete LPWAN-Technologie mit lizenziertem Band ist LTE-M, die mit demselben In-Band-LTE arbeitet. Sie bietet jedoch eine viel höhere Bandbreite (1,08MHz) und eine Datenrate von 1Mbps. Außerdem unterstützt LTE-M im Gegensatz zu den anderen Technologien neben Daten auch den Sprachaustausch.

• SigFox:

SigFox verwendet eine proprietäre Technologie, die auf 868/915 MHz über einen einzigen Betreiber im ganzen Land betrieben wird. Was SigFox auszeichnet, ist die Sichtlinienkommkommunikation von 1.000 km mit einer Datenrate von 100 bps. Allerdings bietet SigFox derzeit eine Abdeckung in 45 Ländern und hat den geringsten Marktanteil unter den vier Betreibern.

Was sind die beliebtesten Anwendungen von LPWAN?

Wie der Name schon sagt, ist LPWAN die beste Wahl für Anwendungen, bei denen ein geringer Stromverbrauch erforderlich ist, um ein großes Gebiet abzudecken. Hier sind einige der bekanntesten industriellen, Smart-City- und kommerziellen Anwendungen von LPWAN:

1. Intelligente Industrieanlagen

Die Nutzung von LPWAN für industrielle Anwendungen ist von großem Interesse. Es kann für die Überwachung größerer Anlagen und die Kontrolle massiver Infrastrukturen eingesetzt werden. Mit dem Einsatz von Knotengeräten und einer Reihe von Gateways kann das LPWAN zur Überwachung von industriellen Abläufen und Bedingungen verwendet werden.

Dies kann die Erkennung von Feuerausbrüchen, die Verwaltung von Mitarbeitern, die Überwachung von Wasserständen, die Erkennung von Gaslecks und viele weitere Endanwendungen umfassen. Dank des geringen Wartungsaufwands und der einfachen Implementierung kann LPWAN dazu beitragen, den Betrieb von Industrieanlagen, Lieferketten, Fertigungseinrichtungen und Fabriken zu optimieren.

2. Dosierlösungen:

Intelligente Messsysteme können den Städten helfen, ihre Energie-, Wasser- und Gasversorgung reibungslos zu entwickeln und zu verwalten. Das Problem bei der Verbrauchsmessung sind Diebstahl, Abgaben und Korruption beim Verbrauch dieser Ressourcen. LPWAN-basiertes Smart Metering kann helfen, diese Probleme mit minimalem manuellem Aufwand für die Verwaltung zu bekämpfen.

3. Flottenmanagement und -betrieb:

Die Verwaltung einer Fahrzeugflotte kann mühsam sein und zu einer ineffizienten Logistik oder sogar zu Unfällen an gefährlichen Standorten führen. Ein Flottenmanagement mit LPWAN kann in Bereichen, in denen eine falsche Verwaltung von Fahrzeugen zu Unfällen führen kann, wie z. B. in Bergwerken oder Häfen, sehr hilfreich sein. Ein rationalisiertes Flottenmanagement erhöht die Effizienz, spart Treibstoff und optimiert die Lieferfristen.

4. Straßeninfrastrukturen in der Stadt:

LPWAN-Smart-City-Lösungen können dabei helfen, die Straßenbeleuchtung zu steuern, Verkehrsstaus zu beheben und den Zustand großer Gebäude zu überwachen. Ein Netzwerk von Sensoren und Gateways kann in mehreren Modulen über ein großes Stadtgebiet installiert werden. Eine solche Kette von Netzwerken kann intelligente Städte mit Ordnung und Kontrolle verwalten. Im Ergebnis wird LPWAN es den Bürgern intelligenter Städte ermöglichen, ein Leben in Gesundheit, Komfort und Wachstum zu führen.

5. Überwachung der Wasserqualität:

Die Überwachung der Wasserqualität ist angesichts der zunehmenden Wasserverschmutzung ein Gebot der Stunde. Die Überwachung des Wasserstands in einem größeren Gebiet über das gesamte Versorgungsnetz ist ohne LPWAN nicht möglich. LPWAN kann helfen, die Versorgung in jedem Gebiet zu verfolgen und Verunreinigungen an einem bestimmten Knotenpunkt zu identifizieren, um die Versorgung zu sichern.

Dies sind jedoch nicht die einzigen Anwendungen, auf die LPWAN beschränkt ist. Um ausgedehnte Regionen zu verwalten und zu kontrollieren, kann LPWAN für weitere Anwendungen wie Müllabfuhr, Messung der Luftqualität, Katastrophenmanagement und vieles mehr eingesetzt werden.

Zusammenfassend

LPWAN hat ein riesiges Spektrum an IoT-Anwendungen mit großer Reichweite und geringem Stromverbrauch erschlossen. Solche Anwendungen mit großer Reichweite werden weite Infrastrukturen rationalisieren und zu einem besseren Ökosystem für Sicherheit, Konnektivität und Wachstum führen. Um eine Vorstellung zu geben, wird vorausgesagt, dass es 24 Milliarden vernetzte Geräte bis 2050 bei dieser Wachstumsrate des IoT.