LPWAN

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

LPWAN (англ. Low-power Wide-area Network — «энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия») — беспроводная технология передачи небольших по объёму данных на дальние расстояния, разработанная для распределённых сетей телеметрии, межмашинного взаимодействия и интернета вещей. LPWAN является одной из беспроводных технологий, обеспечивающих среду сбора данных с различного оборудования: датчиков, счётчиков и сенсоров[1].

Принцип работы[править | править вики-текст]

Архитектура LPWAN-сети (схема)
Топология LPWAN-сети

В основе принципа передачи данных по технологии LPWAN на физическом уровне PHY лежит свойство радиосистем — увеличение энергетики, а значит и дальности связи при уменьшении скорости передачи. Чем ниже битовая скорость передачи, тем больше энергии вкладывается в каждый бит и тем легче выделить его на фоне шумов в приёмной части системы. Таким образом, низкая скорость передачи данных позволяет добиться большей дальности распространения радиосигнала, и, как следствие, увеличения радиуса действия принимающей станции.

Подход используемый для построения LPWAN-сети схож с принципом работы сетей мобильной связи. LPWAN-сеть использует топологию «звезда», где каждое устройство взаимодействует с базовой станцией напрямую. Сети городского или регионального масштаба строятся с использованием конфигурации «звезда из звезд».

Устройство или модем с LPWAN-модулем передает данные по радиоканалу на базовую станцию. Станция принимает сигналы от всех устройств в радиусе своего действия, оцифровывает и передаёт на удалённый сервер, используя доступный канал связи: Ethernet, сотовая связь, VSAT.

Полученные на сервере данные используются для отображения, анализа, построения отчетов и принятия решений.

Управление устройствами, обновление программного обеспечения происходит с использованием обратного канала связи.

Для передачи данных по радиоканалу, как правило, применяется нелицензируемый спектр частот, разрешенных к свободному использованию в регионе построения сети: 2,4 ГГц, 868/915 МГц, 433 МГц, 169 МГц[2].

Характеристики[править | править вики-текст]

Сравнение LPWAN с другими беспроводными технологиями

Преимущества LPWAN[править | править вики-текст]

  • Большая дальность передачи радиосигнала по сравнению с другими беспроводными технологиями используемыми для телеметрии GPRS или ZigBee, достигает 10—15 км[2].
  • Низкое энергопотребление у конечных устройств, благодаря минимальным затратам энергии на передачу небольшого пакета данных[3][1].
  • Высокая проникающая способность радиосигнала в городской застройке при использовании частот суб-гигагерцового диапазона.
  • Высокая масштабируемость сети на больших территориях[1].
  • Отсутствие необходимости получения частотного разрешения и платы за радиочастотный спектр, вследствие использования нелицензируемых частот (ISM band)[4][2][3]

Недостатки LPWAN[править | править вики-текст]

  • Относительно низкая пропускная способность, в следствии использования низкой частоты радио канала. Варьируется в зависимости от используемой технологии передачи данных на физическом уровне, составляет от нескольких сотен бит/с до нескольких десятков кбит/с[2][1].
  • Задержка передачи данных от датчика до конечного приложения, связанная с временем передачей радиосигнала, может достигать от нескольких секунд до нескольких десятков секунд.
  • Отсутствие единого стандарта, который определяет физический слой и управление доступом к среде для беспроводных LPWAN-сетей.

Области применения[править | править вики-текст]

Технология LPWAN ориентирована на приложения, требующие гарантированной передачи небольшого объёма данных, возможности длительной работы сетевых устройств от автономных источников питания, большого территориального охвата беспроводной сетью. Основными областями применения технологии LPWAN являются беспроводные сенсорные сети, автоматизация сбора показаний приборов учета, системы промышленного мониторинга и управления.

Приложения[править | править вики-текст]

  • Энергетика: системы беспроводного автоматизированного контроля и учёта электроэнергии[5].
  • Жилищно-коммунальное хозяйство: удалённый сбор показаний приборов учета: воды, тепла, газа, электричества[6]
  • Сельское хозяйство: контроль влажности и температуры почв, мониторинг освещенности и уровня солнечной радиации, мониторинг состояния складов и овощехранилищ.
  • Безопасность и охранные системы: резервирование каналов связи, контроль проникновения, контроль затопления помещений, контроль пожарной безопасности.
  • Системы городского менеджмента и «умный город»: управление освещением[7], мониторинг автомобильного трафика, контроль занятости парковочных мест, контроль температуры, шума, влажности, освещенности, загрязнения воздуха и т. п.
  • Мониторинг окружающей среды: контроль качества воздуха и воды, контроль уровня воды в реках и озёрах, мониторинг пожарной опасности в лесах.
  • Строительство: контроль оборудования, мониторинг параметров конструкций и зданий.
  • Медицина: носимые устройства.
  • Автотранспорт: контроль скоростного режима и стиля вождения.
  • Производство и системы снабжения: контроль параметров оборудования, мониторинг состояния грузов.
  • Приложения интернета вещей[1].

Стандарты и технологии[править | править вики-текст]

  • «СТРИЖ» — российская технология энергоэффективной связи, разработанная компанией «СТРИЖ Телематика». Работает на частоте 868 МГц с использованием узкополосной модуляции радиосигнала. Включает полных стек OSI, от физического до прикладного уровня. На базе данной технологии разворачивает LPWAN-сеть в России и странах СНГ.[8][9][10][11]
  • LoRa (англ. Long Range) — энергоэффективная сетевая технология представленная исследовательским центром IBM Research и компанией Semtech. Использует широкополосное кодирование на физическом уровне. Работает в суб-гигагерцовых диапазонах ISM (industrial, scientific and medical radio bands) нелицензируемых частот. MAC-уровень обеспечивается использованием стандарта LoRaWAN.[12][13]
  • Sigfox — французская компания, использующая технологию Ultra Narrow Band (UNB). Разворачивает LPWAN-сеть на территории Европы на частоте 868 МГц.[14]
  • Weightless — группа открытых технологических стандартов связи LPWAN, развивающиеся некоммерческой организацией Weightless SIG. В настоящее время доступны 3 стандарта — Weightless-N, Weightless-P и Weightless-W. Используются нелицензируемые частоты суб-гигагерцового диапазона.[15]
  • RPMA — Random Phase Multiple Access, технология, работающая в диапазоне 2,4 ГГц от американской компании Ingenu.[16]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 4 5 Интернет вещей — основа новой экономики. PCWeek (25 февраля 2016)
  2. 1 2 3 4 Long-Range Communications in Unlicensed Bands: the Rising Stars in the IoT and Smart City Scenarios
  3. 1 2 Low Power, Wide Area. A Survey of Longer-Range IoT Wireless Protocols
  4. Приложение № 11 к решению ГКРЧ от 7 мая 2007 года № 07-20-03-001
  5. «Разработана новая технология связи для беспроводных АСКУЭ». Иван Смольянинов. Энергетика и промышленность России, Январь 2016 г. № 01-02 (285—286), стр. 28
  6. Из цифры возгорится пламя. Коммерсант.ru (22 февраля 2016)
  7. Could street lighting be the platform for smart city LPWANs?
  8. «СТРИЖ Телематика» развернёт телематические сети во всех городах-миллионниках России
  9. «СТРИЖ Телематика» свяжет в единую сеть 80 млн «умных устройств»
  10. «Стриж телематика» готов работать над снижением стоимости услуг по передаче данных в системе LPWAN
  11. Полет СТРИЖа: удаленный сбор данных без визуального контроля показаний счетчиков
  12. IBM и Semtech представили новую сетевую технологию LoRaWAN для М2М-коммуникаций
  13. Low-Power Networking Technology from IBM and Semtech to Help Enable Telcos to Launch New Services for the Internet of Things
  14. Sigfox Plans Global IoT Network
  15. Weightless weighs in for the LPWAN fight: claims the definitive open IoT radio standard
  16. IoT-dedicated networks beginning to rollout

Ссылки[править | править вики-текст]