مزایا و محدودیت های LPWAN

سازمان‌های زیادی وجود دارند که با استفاده از فناوری LPWAN برای استفاده حداکثری از اینترنت اشیا رقابت می‌کنند. در این مرحله، آنقدر در مورد این فناوری گفته می‌شود که فکر کردم بهتر است راهنمایی بنویسم که دقیقاً LPWAN چیست، چه کاری می‌تواند انجام دهد و چگونه چند شرکت فعالانه این محدودیت‌ها را اعمال می‌کنند.

اول، به هر حال "LPWAN" چیست؟

LPWAN مخفف عبارت Low Power, Wide Area Network است.(البته LPWA و LPN دقیقاً به یک معنا هستند.) این یک نوع شبکه گسترده است که به دستگاه های مجهز به رادیو اجازه می دهد تا ارتباط برقرار کنند. شبکه های WAN به سادگی شبکه های مخابراتی هستند. سیستم دکل های تلفن همراه و 5G که هر روز به آن تکیه می کنید یک شبکه WAN است. اینترنت هم همینطور است، اگر می خواهید فنی بگیرید. شما می توانید با استفاده از فناوری 5G یا حتی پهنای باند ثابت، یک شبکه WAN اینترنت اشیا ایجاد کنید. با این حال، مگر اینکه دستگاه شما دوشاخه برق داشته باشد، باتری آن خیلی سریع تمام می شود. در عوض، آینده برنامه‌های کاربردی اینترنت اشیا در مقیاس بزرگ، نگهداری کم و پراکنده در شبکه‌های بی‌سیم LOW POWER WANS – LPWAN پیدا خواهد شد.

LPWAN ها از ارتباطات بی سیم برای اتصال دستگاه ها به یکدیگر در بردهای بسیار طولانی با استفاده از سیگنال های توان بسیار کم استفاده می کنند. مشکل اصلی آنها این است که نرخ بیت دردناکی در مقایسه با شبکه های Wi-Fi یا داده تلفن همراه دارند. تعداد کمی از LPWAN ها می توانند حتی 1 مگابیت در ثانیه در هر کانال را مدیریت کنند و کندترین آنها در حدود 100 بیت در ثانیه کار می کنند. این اشکال قابل قبول است زیرا آنها واقعاً برنامه های کم مصرف هستند. بسیاری از LPWANS حسگرهایی که با باتری کار می کنند را که کیلومترها از هم فاصله دارند و برای عملی بودن باید سال ها بین تعویض باتری کار کنند، متصل می کنند.

LPWAN‌ها را می‌توان در سطح خصوصی توسعه و پیاده‌سازی کرد، اما این نیاز به راه‌اندازی دروازه شخصی شما دارد، چیزی که بعداً در مورد آن صحبت خواهیم کرد. یکی از فناوری‌ها، MXProtocol، اشخاص ثالث را تشویق می‌کند تا دروازه‌ها را راه‌اندازی کنند و به صاحبان حسگر یا اپراتورها اجازه می‌دهد تا از شبکه‌های خود به صورت تجاری استفاده کنند. این جایی است که ما شاهد بسیاری از نوآوری های واقعاً شگفت انگیز هستیم.

بنابراین، یک پروتکل راحت و جهانی LPWAN وجود دارد، درست است؟

ههآیا تا به حال با یک مهندس الکترونیک ملاقات کرده اید؟افسوس، نه. تعدادی پروتکل رقیب وجود دارد. این می تواند باعث سردرگمی و کمی تکرارهای غیرضروری شود، اما همچنین به فناوری اجازه می دهد تا متمایز شود و کارهای مختلف را به خوبی انجام دهد.

دو دسته گسترده از پروتکل های LPWAN وجود دارد: سلولی و غیر سلولی. سیستم‌های LPWAN سلولی از فرکانس‌های سلولی مجاز استفاده می‌کنند - همان محدوده سیگنالی که تلفن‌های ما استفاده می‌کنند - و سیستم‌های غیر سلولی از آن استفاده نمی‌کنند. در عوض، آنها از باندهای رادیویی ISM استفاده می کنند که برای استفاده «صنعتی، علمی و پزشکی» در نظر گرفته شده است، که اصلاً مجوز ندارند.

پروتکل های محبوب LPWAN سلولی عبارتند از:

• EC-GSM-IoT
• LTE-M (همچنین LTE Cat-M1 و Cat-M1 نیز نامیده می شود)
• NB-IoT (همچنین Cat-M2 نیز نامیده می شود) از این میان، شاید محبوب ترین آنها LTE-M باشد که از زیرساخت گوشی های هوشمند استفاده می کند و آن را به یک شبکه بسیار گسترده تبدیل می کند. M در زیرساخت استاندارد تلفن همراه LTE به معنای MTC (ارتباط نوع ماشین) است. شبکه های LTE-M از نظر نرخ بیت تا 1 مگابیت بر ثانیه در سطح بالایی کار می کنند.

ارائه دهندگان مخابرات می توانند دروازه های LTE-M LPWAN را با افزودن کمی نرم افزار از برج های تلفن همراه خود بسازند – بدون نیاز به سخت افزار جدید. Verizon، AT&T و Bell در حال حاضر راه اندازی دروازه های خود را آغاز کرده اند.

NB-IOT مخفف اینترنت باریک از اشیاء است ، و این دقیقاً همان چیزی را که به نظر می رسد انجام می دهد. این ممکن است یک چهارم حداکثر بیت سیستم های LTE-M در حدود 250 کیلوبیت بر ثانیه باشد و از LTE به همان روشی که دستگاه های تلفن همراه انجام می دهند استفاده نمی کند. در عوض به مدولاسیون DSSS متکی است. این می تواند در گروههای LTE یا در گروههای GSM در حدود 180 کیلوهرتز استفاده شود.

NB-IOT ، جالب توجه ، نیازی به دروازه ندارد. در صورت وجود زیرساخت های فیزیکی و داده های دیگر ، دستگاه ها می توانند داده ها را مستقیماً به سرور ارسال کنند. همچنین یک پروتکل بسیار قابل اعتماد در نظر گرفته می شود ، بنابراین برای برنامه های نظارت بر اولویت بالا ترجیح داده می شود. همچنین برای کار با LTE-M به قدرت بسیار کمتری نیاز دارد.

این استاندارد در اروپا از ایالات متحده محبوب تر است و شاید به دلیل عدم سرمایه گذاری بازگردانده شود. بسیاری از چیپست های باریک باریک ساخته نشده اند و این هزینه را برای هر واحد نسبتاً زیاد نگه می دارد. شایعه است که بیشتر در افق قرار دارد ، بنابراین ممکن است این تغییر کند.

نکته آخر اینکه ، بیایید به EC-GSM-IOT نگاه کنیم. این لقمه سوپ الفبای مخفف سیستم جهانی پوشش جهانی برای IoT موبایل است. این گروه از طریق گروه GPRS (سرویس رادیویی بسته عمومی) کار می کند. هر شبکه GSM می تواند پروتکل را اجرا کند ، تا زمانی که نرم افزار را اجرا کند.

در مقایسه با 2 استاندارد "بزرگ" دیگر ، EC-GSM-IOT در بین کاربران یا توسعه دهندگان بسیار محبوب نیست. من نمی گویم این به این دلیل است که نام بدبختی دارد ، اما بیا ... این نام افتضاح است.

پروتکل های LPWAN غیر سلولی شامل موارد زیر است:

لورا (از جمله هر دو Lorawan و Symphony Link) Mxprotocol Ingenu (که به آن RPMA نیز گفته می شود) Sigfox بدون وزنی (از جمله NWAVE و بی وزنی) از این موارد ، لوروان شناخته شده ترین است. این توسط Lora Alliance ، مجموعه ای از بیش از 500 شرکت از جمله تأثیرگذار واقعی مانند IBM ، Cisco و Alibaba ارائه شده است. توجه داشته باشید که مشخصات Lorawan در دسترس عموم در دسترس توسعه دهندگان است ، اما فناوری اصلی لورا اختصاصی است و حق امتیاز در هر تراشه فروخته شده پرداخت می شود.

برای استفاده از لوروان ، به کل کیت نیاز دارید - سرورها ، سوئیچ ها ، نقاط دسترسی و دروازه. خبر خوب در این که بسیاری از این 500 شرکت کالاهای جداگانه مانند دروازه و سرور را به فروش می رسانند. در یک سطح این می تواند یک دردسر باشد ، اما این اطمینان را می دهد که شما کنترل کاملی بر شبکه خود دارید و می توانید آن را به هر روشی که دوست دارید پیکربندی کنید.

سیستم های لورا می توانند حداکثر 222 بایت را پشتیبانی کنند که بسیار زیاد نیستند اما انعطاف پذیری را ارائه می دهند. حتی اگر به اندازه کافی صبور باشید ، می تواند به روزرسانی های هوا را تحمل کند. در ایالات متحده و 869 در اروپا با 915 مگاهرتز اجرا می شود.

Lorawan با MXProtocol Mxprotocol از یک هماهنگ کننده پیشرفته ضد برخورد استفاده می کند تا شبکه های IoT واقعاً عظیم با هزاران یا حتی ده ها هزار دستگاه با استفاده از ارتباطات 2 طرفه در بسیاری از مایل مربع از قلمرو جغرافیایی فراهم کند. این کار را با این کار ممکن می کند تا دروازه هایی با مناطق همپوشانی برای هماهنگی انتقال ها انجام شود.

MxProtocol دارای 4 ویژگی اصلی است که به شبکه های لوروان اضافه می کند:

این تصادفات بسته را در چندین شبکه به حداقل می رساند:

• این می تواند منابع را در پرواز بین شبکه های مختلف جابجا کند
• این اجازه می دهد تا از منابع خارج از شبکه مغناطیسی استفاده شود-اساساً اجازه می دهد "رومینگ شبکه" برای سنسورهای لوروان باشد
• این سیستم را با استفاده از cryptocurrency (سکه تبادل دستگاه) ایجاد می کند ، آنها یک کاغذ سفید به صورت آنلاین دارند که تمام جزئیات را در بر می گیرد.

Symphony Link از لایه Lora Phy استفاده می کند اما همه چیز خود را انجام می دهد. این هرگز واقعاً از بین نرفت ، نه به این دلیل که مشکلی در آن وجود نداشت ، بلکه به این دلیل که Juggernaut اتحاد Lora برای رقابت زیاد بود. این روزها LIB LABS در حال توسعه برنامه های IoT است.

Sigfox قدیمی ترین استاندارد در گروه ISM است و همچنین در 915 و 869 مگاهرتز اجرا می شود. در اصل این گروه را ایجاد کرد. این امر گسترده است ، با داشتن شبکه هایی در تقریباً 5 کشور در حال حاضر و قصد دارد قبل از پایان سال 2018 به 60 گسترش یابد.

SIGFOX منحصر به فرد است که آنها زیرساخت ها را در اختیار دارند و کار می کنند و کاربران/صاحبان را برای ارسال داده ها شارژ می کنند. به طور کلی ارزان است. اگر دستگاه های شما فقط تعداد زیادی پیام در روز ارسال می کنند ، در نهایت فقط چند دلار در سال برای این سرویس پرداخت می کنید. SIGFOX حق امتیاز را برای فروشندگان تراشه شارژ نمی کند و بخش اعظم IP خود را آزادانه در دسترس قرار می دهد. از این گذشته ، آنها می خواهند شما دستگاه هایی را طراحی کنید که از سیستم خود استفاده می کنند.

در روند نزولی ، هر پیام SIGFOX به یک بایت کوچک 12 محدود می شود. همچنین باید منتظر بمانید تا آنها شبکه ای را برای شما تنظیم کنند. با این حال ، اگر می توانید سیگنال های خود را به ده ها 1 و 0 کاهش دهید و می توانید در برنامه آنها کار کنید ، این یک گزینه بدون زیرساخت با امنیت خوب و نیازهای کم است.

Ingenu (RPMA) در همان باند اجرا می شود که دارای بلوتوث و Wi-Fi-2. 4 گیگاهرتز است. این گروه در سراسر جهان در دسترس است که یک مزیت قابل توجه است. همچنین یک گروه گسترده تر است.

سیستم دسترسی چندگانه فاز تصادفی INGENU (RPMA) هر دو لایه PHY و MAC است. این اجازه می دهد تا شبکه های Ingenu کارهای بسیار جالبی انجام دهند ، مانند تحویل نیم میلیون پیام در ساعت در 176 مایل مربع با یک دروازه واحد. فرستنده های آنها می توانند 10 تا 20 سال (البته تخمین زده می شوند) بر روی یک باتری واحد طی کنند ، و برخی از اولین نصب های نصب شده هنوز هم امروز با خوشحالی از بین می روند.

این سیستم ویژگی هایی را ارائه می دهد که Ingenu دوست دارد استانداردهای ساخته شده LPWA را ببیند-قابلیت پخش ، احراز هویت ، یک شبکه پاسخگو ، اندازه بسته انعطاف پذیر ، تأیید تحویل و حتی ارتباط کامل 2 طرفه با دستگاه های IoT.

شبکه دستگاه Ingenu در حال حاضر بیش از 100000 مایل مربع از قلمرو در 30 کشور جهان (و همچنین 30 شهر در ایالات متحده) را در بر می گیرد. آنها در حال انجام حرکاتی هستند تا RPMA را به عنوان یک سرویس (PAAS) بر اساس یک سیستم عامل (PAAS) ارائه دهند.

سپس ما استاندارد LPWAN بی وزنی را داریم. Weightless بر روی هر باند ISM زیر GHz از 163 مگاهرتز به 923 مگاهرتز عمل می کند. اینها همه بدون مجوز هستند.

بی وزنی N ، Weightless-W و Weadless-P همه توسط گروه علاقه ویژه ای بی وزنی ارائه شده است ، اما N و W همه رها شده اند ، و P به سادگی "بی وزنی" ساخته شده است.

SIG بی وزنی یک غیر انتفاعی است ، به اندازه کافی جالب. آنها برای افزایش جذب و نوآوری ، استاندارد و بی وزن و باز را استاندارد کرده اند. با این حال ، بسیار محبوب نیست ، و سخت افزار زیادی در دسترس نیست. یک استثناء شرکت پارکینگ هوشمند NWAVE است ، آنها از نسخه اختصاصی استاندارد قدیمی N Old Neadless استفاده می کنند که بسیار گسترده است.