Сетевые технологии LPWA

Маломощные глобальные сети (LPWA) новые любимцы в беспроводном сообществе. Но что такое LPWA и чем не является, может сбивать с толку. Здесь мы рассмотрим несколько технологий и компаний, которые работают в этой сфере.

Основной движущей силой технологии LPWA является желание подключить датчики IOT к Интернету без затрат на сотовую связь (но придерживайтесь этой мысли), потребления энергии или сложностей развертывания WiFi или ограничений диапазона Bluetooth.

Несмотря на то, что некоторые думают, технологии LPWA на самом деле не являются «маломощными» в том смысле, что они передают более эффективно, чем другие. Фактически, передатчики LPWA потребляют в 10 или более раз больше мощности для передачи, чем Bluetooth. Название с низким энергопотреблением действительно происходит от архитектуры системы, которая позволяет устройствам находиться в спящем режиме более 99% времени. Когда ток в режиме ожидания (сна) составляет всего несколько микроампер, возможны многие годы автономной работы.

Часть названия «Wide Area» более точно можно описать как «High Link Budget». Однако «Низкий ток холостого хода, высокий бюджет канала» не имеет аналогов. Большой запас канала связи устройств LPWA обычно является результатом улучшения чувствительности приема на обоих концах канала. Это результат очень низкой скорости передачи данных и улучшения творческой обработки.

Последнее нововведение в технологиях LPWA - множественный доступ. Это просто означает, что многие устройства могут получить доступ к шлюзу одновременно. У каждой технологии есть свои особенности.

Итак, для каждой технологии мы рассмотрим

• Как достигается высокая чувствительность приема?
• Что такое схема множественного доступа?
• Каковы сильные стороны?
• Каковы слабые стороны?
• Какая бизнес-модель?

Под бизнес-моделью я имею в виду, как поставщик каждой технологии зарабатывает деньги и как они выходят на рынок. Это важно понимать, поскольку некоторые компании просто предоставляют сети, некоторые продают технологии, а некоторые делают и то, и другое.

SIGFOX

Sigfox, в зрелом возрасте около 7 лет - дедушка пространства LPWA. Они были пионерами в создании рынка. Они являются сетевым поставщиком (в США) и поставщиком технологий операторам связи на других рынках.

В прошлом мы уже много рассказывали о технологии Sigfox, но в качестве краткого обзора:

• Sigfox использует большую базовую станцию ​​с каналом FPGA для обнаружения низкоскоростной передачи DPSK по сотням потенциальных каналов.
• Конечные узлы слепо передают одно и то же сообщение 3 раза на 3 разных частотах, чтобы повысить вероятность получения сообщения.
• Нисходящий канал теоретически возможен, но он очень ограничен, потому что всякий раз, когда базовая станция осуществляет передачу, она отключена от эфира, что увеличивает риск пропуска трафика.
• Эта простая технология позволяет использовать множество различных радиочастотных трансиверов, поэтому у клиентов есть несколько источников поставок.
• Сценарии использования должны быть одними из самых простых в IOT, поскольку для каждой передачи доступно только 12 байтов полезной нагрузки.
• Такие вещи, как обновление прошивки или управляющие приложения, невозможны с Sigfox.
• Из-за ограничений FCC на время нахождения в эфире (400 мс) у Sigfox бюджет канала связи в США примерно на 9 дБ хуже, что в сочетании с более высокими уровнями помех в диапазоне 900 МГц означает, что производительность сети в США не так хороши для Sigfox, как Европа.

WAVIOT

• WAVIOT - российская компания, использующая технологию, практически идентичную Sigfox.
• Одно отличие состоит в том, что они не предлагают сети, а предлагают только технологии.
• В отличие от Sigfox, любой может купить оборудование WAVIOT для создания решения.
• WAVIOT имеет перескакиваемый сигнал, который позволяет их бюджету канала связи превышать бюджет Sigfox для приложений на базе FCC / США.
• Оборудование базовой станции WAVIOT является дорогостоящим из-за большой FPGA, необходимой для реализации всех каналов DPSK.

LoRaWAN

• Как и Link Labs, LoRaWAN основан на технологии физического уровня LoRa, однако протокол Symphony Link Link Labs сильно отличается и предлагает множество дополнительных функций, которых нет в LoRaWAN.
• LoRa предлагает намного лучшую чувствительность приема на оконечном узле, чем Sigfox, и, таким образом, бюджет канала связи более сбалансирован.
• Как и Sigfox, LoRaWAN представляет собой асинхронный доступ в стиле Aloha, поэтому к LoRaWAN применяются те же ограничения, что и в отношении нисходящего канала, как и в случае с Sigfox.
• Подробнее о LoRaWAN читайте здесь.
• Бизнес-модель LoRaWAN сложна, потому что LoRa продается Semtech, но протокол разработан LoRa Alliance, и несколько сетевых операторов также пилотируют сети операторов на основе LoRa.
• Операторские сети и частные развертывания LoRaWAN мешают друг другу.

LTE-M1

• Эта категория LTE позволяет использовать устройства, которые столь же энергоэффективны, как LoRaWAN или Sigfox, но могут иметь сложность и скорость передачи данных LTE. Узнайте больше о том, как LTE-M1 улучшает профили мощности по сравнению с традиционной сотовой связью.
• Очевидно, что если вы используете LTE-M, вам придется платить оператору сети.
• Сертификация устройств в операторских сетях может быть дорогостоящей.
• Сети LTE-M1 не будут развернуты в США до 2017 года.
• Цены на LTE-M будут конкурентоспособны по сравнению с ценами, предлагаемыми Sigfox (я уверен).

NB-IOT

• NB-IOT (также известный как LTE-M2) - еще одна технология 3GPP, которая была недавно завершена.
• Хотя технически он не является частью протокола LTE (например, LTE-M1), его можно развернуть в замаскированных ресурсных блоках LTE или в защитных полосах.
• Он был разработан для использования в старых блоках спектра GSM 200 кГц, и многие операторы в Европе и Азии, вероятно, развернут его для устройств IOT.
• В некотором смысле Sigfox создал NB-IOT, показав операторам связи, что есть хороший бизнес для устройств IOT.
• NB-IOT примерно на год отстает от LTE-M1, поэтому сети вряд ли будут готовы до конца 2017 года или до 2018 года.
• Применяются те же соображения относительно оплаты услуг оператора сети и сертификации устройства.

Ингену

• Ingenu - это переименованная компания Onramp Wireless. У них есть собственная технология DSSS на частоте 2,4 ГГц, и они развертывают сети с ее помощью.
• У него большие бюджеты каналов, но модем DSSS на конечной точке довольно энергоемкий по сравнению, например, с LoRa.
• Думайте о них как о LTE-M или NB-IOT, поскольку они являются «всего лишь» провайдером сети IOT. Технология не так важна, как сеть.
• На момент написания статьи они развернуты только в нескольких городах.
• Будет интересно посмотреть, смогут ли они выжить перед лицом масштабного развертывания LTE-M со стороны ATT и Verizon.

В заключение, есть много разных вариантов LPWA. Если вам нужны готовые технологии для собственного использования, посмотрите Symphony Link. Это самая передовая технология LPWA за пределами LTE-M.

Хотите узнать больше, загрузите нашу техническую документацию по технологиям LPWA: