CC BY
196дополнительное энергопотребление достаточно низкое, чтобы оставаться в силе для приложений с батарейным питанием.
Класс C - двунаправленные конечные устройства с наименьшей задержкой. В дополнение к структуре класса A в восходящей линии связи, за которой следуют два окна нисходящей линии связи, класс C дополнительно уменьшает задержку на нисходящей линии связи, постоянно поддерживая прием на конечном устройстве, когда устройство не передает (полудуплекс). Исходя из этого, сетевой сервер может инициировать передачу по нисходящей линии связи в любое время, если приемник конечного устройства открыт, поэтому нет задержки. Компромиссом является утечка мощности приемника (до ~ 50 мВт), и поэтому класс C подходит для приложений, где имеется непрерывная мощность.
Таким образом, беспроводные технологии LoRaWAN имеют все подходящие параметры для реализации Интернета вещей. Еще раз отметим основные преимущества по сравнению с другими технологиями LPWAN [2]:
• низкое потребление датчиков и большое покрытие территории, измеряемое в километрах;
• работает на нелицензируемых частотах, нет лицензионной платы за использование технологии;
• одна базовая станция LoRa разработана для приема до тысячи оконечных устройств;
• легко разворачивается, благодаря простой архитектуре;
• открытость: открытый альянс и открытый стандарт;
• безопасность: данные имеют защиту на сетевом уровне и на прикладном уровне с AES шифрованием;
• полностью двунаправленная связь;
• имеет поддержку CISCO, IBM и более 500 других компаний членов альянса LoRa Alliance.
Список литературы
1. What is the LoRaWAN™ Specification? [Электронный ресурс]. Режим доступа:
https://lora-alliance.org/about-lorawan/ (дата обращения: 21.01.2019).
2. LPWAN, LoRa, LoRaWAN and the Internet of Things. [Электронный ресурс]. Режим
доступа: https://medium.com/coinmonks/lpwan-lora-lorawan-and-the-internet-of-
things-aed7d5975d5d/ (дата обращения: 21.01.2019).
КРАТКИЙ ОБЗОР ОСНОВНЫХ ВИДОВ СЕТЕЙ LPWAN
1 2 Выдрин Д.Ф. , Ситдиков Д.Р.
1Выдрин Дмитрий Федорович - магистрант;
2Ситдиков Дмитрий Рафаэлевич - магистрант,
направление: приборостроение, кафедра информационно-измерительной техники, факультет авионики, энергетики и инфокоммуникаций, Уфимский государственный авиационный технический университет,
г. Уфа
Аннотация: кратко описано применение LPWAN. Рассмотрены основные стандарты технологии LPWAN: LTE-M, NB-IoT, EC-GSM-IoT, LoRaWAN, Sigfox. Ключевые слова: LPWAN, интернет вещей, Internet of Things, Lora.
Энергоэффективные сети дальнего радиуса действия (LPWAN — Low-power wide area network) становятся доминирующей технологией в области Интернета вещей. Как подсказывает название, LPWAN — это группа стандартов беспроводной связи, нацеленных на оптимизацию двух показателей для Интернета вещей [1]:
1) низкое энергопотребление - датчикам и устройствам Интернета вещей нужно постоянно передавать данные, но доступ к ним зачастую затруднён, поэтому очень важно, чтобы время работы от батареи было настолько продолжительным, насколько это только возможно;
2) большая зона покрытия - чтобы от устройств Интернета вещей была польза, они должны быть способны поддерживать связь из любого места, где бы они ни понадобились, включая промышленные и сельскохозяйственные объекты, которые нередко оказываются удалены от места обработки данных.
Не все стандарты LPWAN равны между собой, некоторые имеют больше преимуществ, чем другие. В общих чертах, стандарты LPWAN можно разделить на две категории: сотовые (LTE-M, NB-IoT, EC-GSM-IoT), для которых используют лицензируемые частоты сотовых сетей, и несотовые (LoRaWAN, Sigfox, Weightless и др.), для которых используют нелицензируемые промышленные, научные и медицинские диапазоны радиочастот (ISM).
LTE-M (официально известный как LTE Cat -M1) часто рассматривается как второе поколение LTE-чипов, созданных специально для приложений IoT. Ограничивая максимальную рабочую частоту до 1,4 МГц (в отличие от 20 МГц для Cat-0), LTE-M отлично приспособлен для таких приложений LPWAN, как "интеллектуальный учет", когда требуется передавать только небольшие объемы данных. Но истинным преимуществом LTE-M над другими вариантами является то, что LTE-M совместим с существующей сетью LTE. Для существующих сотовых операторов это - отличная новость, поскольку им не нужно тратить деньги на постройку новых антенн и передающих станций. Достаточно просто загрузить соответствующее программное обеспечение, пока IoT -устройства работают в своей сети LTE [2].
NB-IoT (также известный как Cat-M2) функционально аналогичен Cat-M, однако использует другую технологию (DSSS-модуляция вместо LTE-радиоволн). А это значит, что NB-IoT не работает в полосе LTE, что, в свою очередь, влечет для провайдеров дополнительные финансовые расходы для развертывания сетей NB-IoT «с нуля»". Тем не менее, стандарт NB-IoT продвигают как потенциально менее дорогой вариант, поскольку он не имеет необходимости в шлюзе, данные с датчиков отправляются непосредственно на главный сервер. По этой причине Huawei, Ericsson, Qualcomm и Vodafone активно изучают этот стандарт и прилагают усилия для коммерциализации именно NB-IoT [2].
EC-GSM - это, оптимизированная по протоколу IoT, сеть GSM, беспроводной протокол, используемый 80% смартфонов по всему миру. Как следует из названия, сеть EC-GSM-IoT может быть развернута в существующих сетях GSM. Аббревиатура EC обозначает Extended Coverage (расширенное покрытие). Известно, что Ericsson, Intel и Orange еще в начале этого года успешно завершили полные испытания EC-GSM. Выяснилось, что EC-GSM не генерирует столько электромагнитных помех, как Cat-M или NB-IoT.
Sigfox работает в области LPWAN уже почти десять лет и стала одним из лидирующих игроков среди предлагающих несотовые решения. Компания зарабатывает на сети — пользователи платят только за отправку сообщений. Фактическая стоимость зависит от количества отправляемых сообщений. Одно или два сообщения в день обойдётся примерно в 1 долл. США в год. Одно сообщение каждые 10 минут — около 140 сообщений в день — обойдутся примерно в 1 долл. США в месяц. Как бы просто это не звучало, решение Sigfox имеет один недостаток, который может оказаться существенным для потенциального пользователя: размер сообщения. С каждым сообщением можно передать до 12 байт, что в ряде случаев может оказаться недостаточным.
LoRaWAN является, пожалуй, самым сильным игроком из всех несотовых стандартов LPWAN. За ним стоит LoRa Alliance, консорциум более чем 500 компаний, включая Cisco, IBM, Alibaba, SK Telecom и др. Поддержка со стороны такого большого количества игроков индустрии Интернета вещей обеспечивает прочное положение стандарта LoRaWAN на рынке LPWAN. Учитывая полезную ёмкость сообщения в 222 байт, стандарт LoRaWAN подходит для более широкого круга применения, чем Sigfox, и способен поддерживать более сложные устройства, например те, которым необходимо обновление по беспроводной связи (OTA, over-the-air — «по воздуху»).
Таким образом, рассмотрев несколько стандартов технологии LPWAN, можно выделить их следующие параметры:
• низкая скорость передачи данных (от 100 бит/с до 1 Мбит/с);
• большой радиус действия (вплоть до и превышая 10 км);
• низкое энергопотребление (вплоть до и превышая 10 лет работы от батареи). Технология передачи данных LPWAN является одной из важнейших
составляющих при внедрении систем Интернета Вещей. Сети LPWAN обеспечивают беспроводное подключение устройств с очень щадящим режимом энергопотребления и позволяют предавать небольшие объемы данных на значительные расстояния. А выбор определенного стандарта LPWAN в конечном счёте будет сделан исходя из специфики необходимого вам конечного решения Интернета вещей.
Список литературы
1. LPWAN - большой обзор сетей дальнего радиуса для интернета вещей. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://voltiq.ru/the-guide-to-low-power-wide-area-networks/ (дата обращения: 18.01.2019).
2. NB-IOT против LTE-M (4G), 5G. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://itkvariat.com/o-raznom/886-nb-iot-protiv-lte-m-4g-5g-kakim-budet-inter net-veschey.html/ (дата обращения: 18.01.2019).
