Что такое глобальная сеть с низким энергопотреблением (LPWAN)?

За последние несколько десятилетий Интернет вырос в разы. Теперь возможность подключения - это не только устройства, такие как смартфоны и компьютеры. Интернет вещей (IoT) создает более обширные и сложные экосистемы и приложения. Важной частью этой системы является Low-Power Wide Area Network или LPWAN, о которой мы расскажем в этой статье.

Что такое глобальная сеть с низким энергопотреблением (LPWAN)?

В 2013 году беспроводные сети были отнесены к классу сетей с низким энергопотреблением (Low-Power Wide Area Network, LPWAN) и охватывают несколько технологий беспроводных сетей. По сути, эти технологии беспроводной связи имеют стандартный communication диапазон, энергопотребление и стоимость. Эти характеристики делают их идеальным выбором для применения в промышленности и "умном городе".

Основные характеристики технологий LPWAN включают:

• Расширенный диапазон:

Технологии LPWAN обеспечивают связь в диапазоне от около От 3 км до 50 км для городских и сельских районов, соответственно. Такой радиус действия устройств позволяет использовать их в помещениях и на улице, где используются беспроводные технологии малого радиуса действия, такие как Bluetooth, Wi-Fi и Zigbee не хватает.

• Низкое энергопотребление:

Низкая скорость передачи данных - ключ к низкому энергопотреблению LPWAN в приложениях большой дальности. Многие решения для IoT-мониторинга не нуждаются в высокой скорости передачи данных и поэтому могут работать с дешевыми батареями с низким энергопотреблением. даже 15 лет.

• Экономия средств:

Простота реализации сети позволяет избежать значительных сложностей при проектировании аппаратного обеспечения с помощью недорогих устройств. Кроме того, большинство технологий LPWAN используют топологию "звезда", исключающую редуктивную архитектуру сети. Технологии LPWAN могут использовать лицензированные или безлицензионные диапазоны частот для идеального варианта использования.

Что представляют собой технологии LPWAN?

Технологии LPWAN можно разделить на две основные категории в зависимости от необходимости лицензирования. Так, технологии сотовой связи, такие как NBIoT и LTE-CAT M1, работают в лицензируемых диапазонах. В то же время LoRaWan и SigFox работают в нелицензируемых частотных диапазонах.

Эти технологии могут удовлетворять уникальные потребности приложений благодаря своим характеристикам, таким как радиус действия, полоса пропускания, скорость передачи, потребление, частотный спектр и зона покрытия страны. Ниже приводится подробная разбивка наиболее известных технологий LPWAN для сравнения и понимания:

• LoRa:

LoRa работает в нелицензируемом частотном спектре 868/915MHz с полосой пропускания 125 КГц. Она особенно полезна для использования в условиях низкого энергопотребления, когда происходит обмен небольшими пакетами с неограниченным количеством сообщений в день. Скорость передачи данных составляет от 0,3 КБ/с до 50 КБ/с. Устройства и шлюзы LoRaWAN могут быть легко доступны и использоваться во многих приложениях внутри/вне помещений. LoRa потребляет наименьшая мощность технологии LPWAN.

• NB-IoT:

NBIoT является лидером среди Доля рынка LPWANВторым по популярности идет LoRa. NBIoT использует лицензионный диапазон LTE, включая неиспользуемые полосы 200 кГц, которые ранее использовались для GSM или CDMA. По сравнению с LoRaWAN, он предлагает полосу пропускания 180 КГц и аналогичную скорость передачи данных 50 Кбит/с.

• LTE-M:

Следующая, менее популярная технология LPWAN в лицензионном диапазоне - LTE-M, работающая в том же диапазоне LTE. Однако она предлагает гораздо более высокую пропускную способность (1,08MHz) и скорость передачи данных 1 Мбит/с. Кроме того, в отличие от других технологий, LTE-M поддерживает не только передачу данных, но и голосовой обмен.

• SigFox:

SigFox использует запатентованную технологию, работающую на частотах 868/915 MHz через одного оператора по всей стране. Отличительной особенностью SigFox является наличие прямой видимости на расстоянии 1 000 км со скоростью передачи данных 100 бит/с. Однако в настоящее время SigFox обеспечивает покрытие в 45 странах и занимает наименьшую долю рынка из всех четырех.

Каковы популярные области применения LPWAN?

Как следует из названия, LPWAN лучше всего подходит для приложений, где требуется низкое энергопотребление для покрытия обширной территории. Вот некоторые из наиболее заметных промышленных, интеллектуальных городских и ко1TP14Территориальных применений LPWAN:

1. Умные промышленные объекты

Использование LPWAN в промышленных приложениях вызывает повышенный интерес. Ее можно использовать для мониторинга обширных объектов и управления массивной инфраструктурой. С помощью узловых устройств и набора шлюзов сеть LPWAN можно использовать для наблюдения за промышленными операциями и условиями.

Это может быть обнаружение очагов возгорания, управление сотрудниками, контроль уровня воды, обнаружение утечек газа и многие другие конечные приложения. Благодаря минимальному обслуживанию и простоте внедрения LPWAN может помочь оптимизировать работу промышленных предприятий, цепочек поставок, производственных комплексов и фабрик.

2. Дозирующие решения:

Интеллектуальные приборы учета помогут городам развиваться и бесперебойно управлять поставками энергии, воды и газа. Проблема учета заключается в воровстве, штрафах и коррупции при потреблении этих ресурсов. Интеллектуальные приборы учета на базе LPWAN помогут бороться с этими проблемами с минимальными ручными усилиями со стороны администрации.

3. Управление и эксплуатация автопарка:

Управление парком транспортных средств может быть обременительным и привести к неэффективной логистике или даже к аварийным ситуациям на опасных объектах. Управление автопарком с помощью LPWAN может быть весьма полезным в тех областях, где неправильное управление транспортными средствами может привести к несчастным случаям, например на горнодобывающих предприятиях или в портах. Оптимизированное управление автопарком позволит повысить эффективность, сэкономить топливо и оптимизировать сроки доставки.

4. Инфраструктура уличных городов:

Решения LPWAN для "умных городов" помогут управлять уличным освещением, решать проблему пробок и следить за состоянием огромных конструкций. Сеть датчиков и шлюзов может быть установлена в нескольких модулях на обширной территории города. Такая цепочка сетей может управлять "умными" городами, обеспечивая порядок и контроль. В итоге LPWAN позволит жителям "умных" городов жить здоровой, удобной и развивающейся жизнью.

5. Мониторинг качества воды:

Мониторинг качества воды является насущной необходимостью в связи с растущим загрязнением воды. Мониторинг уровня воды на обширной территории по всей сети водоснабжения невозможен без LPWAN. LPWAN поможет отслеживать водоснабжение в каждом районе и выявлять загрязняющие вещества на каждом конкретном узле, чтобы обеспечить безопасность водоснабжения.

Однако это не единственные приложения, которыми ограничивается LPWAN. Чтобы управлять и контролировать обширные регионы, LPWAN можно использовать и для других приложений, таких как сбор мусора, измерение качества воздуха, управление стихийными бедствиями и многое другое.

Подводя итог

LPWAN открыла огромный спектр приложений IoT с большим радиусом действия и низким энергопотреблением. Такие приложения с большим радиусом действия позволят оптимизировать широкую инфраструктуру, что приведет к улучшению экосистемы безопасности, связи и роста. Для примера можно сказать, что, согласно прогнозам, в ближайшее время 24 миллиарда взаимосвязанных устройств к 2050 году при таких темпах роста IoT.