Технология

англ. Low-Power Wide-area Network — «энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия»

LPWAN — беспроводная технология передачи небольших по объему данных на дальние расстояния, разработанная для распределенных сетей телеметрии, межмашинного взаимодействия и интернета вещей.

РОССМА является участником международного сообщества производителей оборудования по стандарту LoRaWAN – LoRa Alliance.

Принцип работы

В основе принципа передачи данных по технологии LPWAN на физическом уровне 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 их приёма.

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.

Устройство или модем с LPWAN-модулем передает данные по радиоканалу на базовую станцию. Станция принимает сигналы от всех устройств в радиусе своего действия, 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.

Область применения

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.

Преимущества LPWAN

Большая дальность передачи радиосигнала по сравнению с другими беспроводными технологиями используемыми для телеметрии GPRS или ZigBee, достигает 45 км.

Низкое энергопотребление у конечных устройств, благодаря минимальным затратам энергии на передачу небольшого пакета данных.

Отсутствие необходимости получения частотного разрешения и платы за радиочастотный спектр, вследствие использования не лицензируемых частот (актуально только для стандарта LoRaWAN)

Высокая проникающая способность радиосигнала.

Высокая масштабируемость сети на больших территориях.

Главные конкурентные характеристики:

Большой радиус охвата и простота развертывания сетей

предоставление возможности абонентам осуществления передачи данных на расстояния, большие чем позволяет сеть базовых станций стандарта GSM. Покрытие создается специально под задачи клиента. Не лицензируемый диапазон частот

Автономные устройства способны функционировать без замены батарей до 10 лет
Высокая помехозащищенность и устойчивость связи
специализированная технология для телеметрии, в отличие от 2G/3G не зависит от загрузки сети сторонними пользователями (Интернет)
Встроенные механизмы кодирования и шифрования
применимость для распределенных метрологически достоверных измерений высокий уровень защиты данных
Высокая проникающая способность сигнала
за счет используемого диапазона 868мГц, узкой полосы передачи при высокой энергетике
Открытость и стандартность LoRaWAN (по сравнению с другими технологиями LPWAN)
широкое распространение в мире и в РФ, достаточное количество оконечных устройств под различные задачи
Стоимость автоматизации на LoRaWAN в несколько раз дешевле решения на GSM/WI-FI и традиционного проводного решения
Непрерывная работа в режиме реального времени, высокая готовность, простота в эксплуатации, «всегда на связи», низкая задержка сигнала, высокая готовность к передаче, независимость от Интернет

Сравнение

Нелицинзионный (ISM) LoRa Alliance (IBM, Cisco, Semtech, Bouygues Telecom) Ericsson, Nokia, Intel, Qualcomm, Alcatel и др. Huawei, Vodafone Ericsson, Nokia, Intel… Спектр Кто поддерживает Скорость 0,3 — 15 Кбит/с 200 кГц +20 дБ Да 20 лет Доступна 1 < 150 Кбит/с 200 кГц +20 дБ Нет 10 лет Стандарт: 2 кв. 2016 г. Коммерция: 2018 г. 7, 9 — для 2G, 1 — для LTE < 50 Кбит/с 200 кГц +20 дБ Нет 10 лет Стандарт: 2 кв. 2016 г. Коммерция: 2018 г. 12 — для 2G, 1 — для LTE < 1 Мбит/с 1,4 МГц +0 дБ Нет Несколько месяцев Стандарт: 2 кв. 2016 г. Коммерция: 2018 г. 1 Ширина спектра Улучшение энергетического бюджета GSM Переиспользование частот Поддержка частных сетей Автономность модуля Доступность Лицинзионный, частично 2G Новый (Clean state) узко- полосный спектр, не используется спектр GSM/LTE На существующей сети LTE LoRaWAN NB-LTE-M (NB-IoT) NB-CIoT LTE-M
  • LoRaWAN
    Спектр Нелицинзионный (ISM)
    Кто поддерживает LoRa Alliance (IBM, Cisco, Semtech, Bouygues Telecom)
    Скорость 0,3 — 15 Кбит/с
    Ширина спектра 200 кГц
    Улучшение энергетического бюджета GSM +20 Дб
    Переиспользование частот 1
    Поддержка частных сетей да
    Автономность модуля 20 лет
    Доступность Доступна
  • NB-LTE-M (NB-IoT)
    Спектр Лицинзионный, частично 2G
    Кто поддерживает Ericsson, Nokia, Intel, Qualcomm, Alcatel и др.
    Скорость < 150 Кбит/с
    Ширина спектра 200 кГц
    Улучшение энергетического бюджета GSM +20 Дб
    Переиспользование частот 7, 9 — для 2G, 1 — для LTE
    Поддержка частных сетей Нет
    Автономность модуля 10 лет
    Доступность Стандарт: 2 кв. 2016 г. Коммерция: 2018 г.
  • NB-CIoT
    Спектр Новый (Clean state) узко- полосный спектр, не используется спектр GSM/LTE
    Кто поддерживает Huawei, Vodafone
    Скорость < 50 Кбит/с
    Ширина спектра 200 кГц
    Улучшение энергетического бюджета GSM +20 Дб
    Переиспользование частот 12 — для 2G, 1 — для LTE
    Поддержка частных сетей Нет
    Автономность модуля 10 лет
    Доступность Стандарт: 2 кв. 2016 г. Коммерция: 2018 г.
  • LTE-M
    Спектр На существующей сети LTE
    Кто поддерживает Ericsson, Nokia, Intel…
    Скорость < 1 Мбит/с
    Ширина спектра 1,4 МГц
    Улучшение энергетического бюджета GSM +0 дБ
    Переиспользование частот 1
    Поддержка частных сетей Нет
    Автономность модуля Несколько месяцев
    Доступность Стандарт: 2 кв. 2016 г. Коммерция: 2018 г.

Проблемы решаемые с помощью LoRaWan

Отсутствие электрического питания для датчиков и измерителей в «поле»

Отсутствие покрытия (либо неудовлетворительное покрытие) сети GSM для организации передачи данных. Нет связи.

Разнородность интерфейсов для сбора данных с КИП и контроллеров автоматики

Дорогостоящий монтаж проводных линий для обвязки КИП (контрольные и электрические кабели)

англ. Narrow Band Internet of Things

NB-IoT — стандарт сотовой связи для устройств телеметрии с низкими объемами обмена данными. Разработан консорциумом 3GPP в рамках работ над стандартами сотовых сетей нового поколения.

Первая рабочая версия спецификации представлена в июне 2016 года.
Коммерческая эксплуатация в России началась в 2018 году.

Предназначен для подключения к цифровым сетям связи широкого спектра автономных устройств. Например, медицинских датчиков, счетчиков потребления ресурсов, устройств умного дома и т. п.

В основном применяется в городской застройке с высокой плотностью покрытия сетями сотовой связи GSM. В быту такие системы связи получили обобщающее наименование интернет вещей (англ. Internet of Things (IoT)).

NB-IoT является одним из трех стандартов IoT, разработанных 3GPP для сотовых сетей связи: eMTC (enhanced Machine-Type Communication), NB-IoT и EC-GSM-IoT. eMTC обладает наибольшей пропускной способностью и разворачивается на оборудовании LTE.

NB-IoT сеть может быть развернута как на оборудовании сотовых сетей LTE, так и отдельно, в том числе поверх GSM. EC-GSM-IoT предоставляет наименьшую пропускную способность и разворачивается поверх сетей стандарта GSM.

Преимущества NB-IoT

гибкое управление энергопотреблением устройств (вплоть до 10 лет в сети от батареи емкостью 5 Вт*ч);

огромная емкость сети (десятки-сотни тысяч подключенных устройств на одну базовую станцию);

оптимизированная для улучшения чувствительности модуляция сигнала.

низкая стоимость устройств;

Сравнение

Нелицинзионный (ISM) LoRa Alliance (IBM, Cisco, Semtech, Bouygues Telecom) Ericsson, Nokia, Intel, Qualcomm, Alcatel и др. Huawei, Vodafone Ericsson, Nokia, Intel… Спектр Кто поддерживает Скорость 0,3 — 15 Кбит/с 200 кГц +20 дБ Да 20 лет Доступна 1 < 150 Кбит/с 200 кГц +20 дБ Нет 10 лет Стандарт: 2 кв. 2016 г. Коммерция: 2018 г. 7, 9 — для 2G, 1 — для LTE < 50 Кбит/с 200 кГц +20 дБ Нет 10 лет Стандарт: 2 кв. 2016 г. Коммерция: 2018 г. 12 — для 2G, 1 — для LTE < 1 Мбит/с 1,4 МГц +0 дБ Нет Несколько месяцев Стандарт: 2 кв. 2016 г. Коммерция: 2018 г. 1 Ширина спектра Улучшение энергетического бюджета GSM Переиспользование частот Поддержка частных сетей Автономность модуля Доступность Лицинзионный, частично 2G Новый (Clean state) узко- полосный спектр, не используется спектр GSM/LTE На существующей сети LTE LoRaWAN NB-LTE-M (NB-IoT) NB-CIoT LTE-M
  • LoRaWAN
    Спектр Нелицинзионный (ISM)
    Кто поддерживает LoRa Alliance (IBM, Cisco, Semtech, Bouygues Telecom)
    Скорость 0,3 — 15 Кбит/с
    Ширина спектра 200 кГц
    Улучшение энергетического бюджета GSM +20 Дб
    Переиспользование частот 1
    Поддержка частных сетей да
    Автономность модуля 20 лет
    Доступность Доступна
  • NB-LTE-M (NB-IoT)
    Спектр Лицинзионный, частично 2G
    Кто поддерживает Ericsson, Nokia, Intel, Qualcomm, Alcatel и др.
    Скорость < 150 Кбит/с
    Ширина спектра 200 кГц
    Улучшение энергетического бюджета GSM +20 Дб
    Переиспользование частот 7, 9 — для 2G, 1 — для LTE
    Поддержка частных сетей Нет
    Автономность модуля 10 лет
    Доступность Стандарт: 2 кв. 2016 г. Коммерция: 2018 г.
  • NB-CIoT
    Спектр Новый (Clean state) узко- полосный спектр, не используется спектр GSM/LTE
    Кто поддерживает Huawei, Vodafone
    Скорость < 50 Кбит/с
    Ширина спектра 200 кГц
    Улучшение энергетического бюджета GSM +20 Дб
    Переиспользование частот 12 — для 2G, 1 — для LTE
    Поддержка частных сетей Нет
    Автономность модуля 10 лет
    Доступность Стандарт: 2 кв. 2016 г. Коммерция: 2018 г.
  • LTE-M
    Спектр На существующей сети LTE
    Кто поддерживает Ericsson, Nokia, Intel…
    Скорость < 1 Мбит/с
    Ширина спектра 1,4 МГц
    Улучшение энергетического бюджета GSM +0 дБ
    Переиспользование частот 1
    Поддержка частных сетей Нет
    Автономность модуля Несколько месяцев
    Доступность Стандарт: 2 кв. 2016 г. Коммерция: 2018 г.
614 064
Россия,
г. Пермь,
ул. Чкалова,
9 лит "И"
12411 W Fielding Circle
Los Angeles
90094 CA
USA