Low‑Power, Wide‑Area (LPWA) сети: исчерпывающий обзор

Low‑Power, Wide‑Area (LPWA) сети возникли как ведущее решение для подключения IoT‑устройств. Однако терминология может путать. Эта статья ревьюит ключевые LPWA‑технологии и компании за ними.

LPWA целится в линковке IoT‑сенсоров к интернету, избегая сотовых затрат, Wi‑Fi потребления энергии и ограниченного диапазона Bluetooth.

Пока LPWA‑устройства потребляют больше мощности при передаче, чем Bluetooth — часто в десять раз — «low‑power» относится к их архитектуре, позволяющей им спать более 99% времени. С idle токами в микроамперах, многие системы могут работать годами на одной батарее.

«Wide‑Area» точнее обозначает высокий линк‑бюджет. Импрессивный диапазон LPWAN результатирует из усиленной чувствительности приема на обоих концах, обеспеченной очень низкими дата‑рейтами и изощренными техниками processing‑gain.

Multiple‑access схемы позволяют множеству устройств делить один шлюз одновременно, хотя каждая LPWA‑технология использует свой подход.

Мы изучаем каждую технологию в терминах:

• Как достигается высокая чувствительность приема.
• Multiple‑access схема.
• Ключевые сильные стороны.
• Ключевые слабости.
• Бизнес‑модель.

Понимание бизнес‑модели критично — некоторые компании предоставляют сети, другие продают технологию, некоторые делают оба.

Sigfox

Sigfox, теперь почти десятилетие, пioniered LPWA рынок. В США она работает как сетевой провайдер, в других регионах поставляет технологию операторам.

• Ее базовые станции используют FPGA‑базированный канализатор для детектирования низкобайтрейтных DPSK передач по сотням потенциальных каналов.
• Конечные узлы повторяют одно 12‑байтное сообщение три раза на трех разных частотах, повышая вероятность успешного приема.
• Даунлинк теоретически возможен, но ограничен, потому что базовая станция должна быть off‑air при передаче, повышая шанс пропущенного трафика.
• Простота протокола позволяет разнообразие RF‑трансиверов, давая клиентам множественные опции поставки.
• Сценарии использования ограничены очень простыми IoT‑payloads, так как каждая передача несет только 12 байт.
• Прошивки апдейты или контрольные приложения не выполнимы через Sigfox.
• В США FCC time‑on‑air лимиты (400 мс) редуцируют линк‑бюджет Sigfox примерно на 9 dB по сравнению с Европой, и более высокая интерференция в 900 МГц диапазоне еще больше деградирует производительность.

WAVIOT

• WAVIOT, российская компания, предлагает технологию, практически идентичную Sigfox, но не предоставляет сетевые сервисы.
• В отличие от Sigfox, любой клиент может купить WAVIOT железо для построения приватного решения.
• Технология использует hopped сигнал, дающий ей более высокий линк‑бюджет, чем у Sigfox, для FCC‑compliant US применений.
• Базовое‑станционное оборудование дорогое, потому что требует большой FPGA для имплементации всех DPSK каналов.

LoRaWAN

• LoRaWAN строится на LoRa физическом слое, тогда как конкуренты вроде Symphony Link Link Labs имплементируют другой протокол с продвинутыми фичами.
• LoRa предлагает превосходную чувствительность приема на конечном узле, результатируя в более сбалансированном линк‑бюджете по сравнению с Sigfox.
• Как Sigfox, LoRaWAN использует асинхронный, Aloha‑стиль access схему, налагая похожие даунлинк‑ограничения.
• Для глубокого инсайта прочитайте наш LoRaWAN considerations гайд.
• Бизнес‑модель сложна: Semtech продает LoRa PHY, LoRa Alliance разрабатывает протокол, и несколько операторов тестируют carrier‑grade сети.
• Carrier и приватные LoRaWAN развертывания могут интерферить друг с другом.

LTE‑M1

• LTE‑M доставляет энергоэффективность LoRaWAN или Sigfox, предлагая LTE‑grade дата‑рейты и фичи. Узнайте, как LTE‑M улучшает профили мощности в нашем LTE‑M power гайде.
• Использование LTE‑M требует подписки на сотового оператора.
• Сертификация устройств на сетях операторов может быть дорогой.
• LTE‑M1 сети планировались для US выкатки в 2017 году.
• Цены ожидаются конкурентоспособными с Sigfox.

NB‑IoT

• NB‑IoT (также известный как LTE‑M2) — 3GPP технология, недавно финализированная, отличная от LTE‑M1, но развертываемая в LTE спектре или в guard bands.
• Она была спроектирована для вписывания в легаси GSM 200 кГц блоки, и многие европейские и азиатские операторы планируют развернуть ее для IoT.
• Рыночное доказательство Sigfox помогло операторам увидеть бизнес‑потенциал для NB‑IoT.
• NB‑IoT отстает от LTE‑M1 примерно на год; сети ожидаются к концу 2017 или 2018.
• Как и LTE‑M1, использование NB‑IoT требует оплаты оператору и сертификации устройства.

Ingenu

• Ingenu, ранее Onramp Wireless, оперирует собственной 2.4 ГГц DSSS сетью.
• Ее линк‑бюджет силен, но DSSS эндпоинт‑модем потребляет больше мощности, чем LoRa‑базированные решения.
• Фокус Ingenu — быть IoT‑сетевым провайдером, а не чистым технологическим вендором, похоже на LTE‑M или NB‑IoT.
• Ее сеть развернута только в нескольких городах на данный момент.
• Будет интересно посмотреть, как Ingenu выдержит против крупных LTE‑M выкаток от операторов вроде AT&T и Verizon.

В сумме, LPWA ландшафт предлагает диапазон опций. Для off‑the‑shelf технологии рассмотрите Symphony Link, который остается самым продвинутым LPWA решением вне LTE‑M.

Скачайте наш вайтпейпер для глубокого погружения в LPWA технологии: