LPWAN là gì? Tiêu chuẩn mở LoRaWAN là gì?

Bạn có thể tự hỏi, LPWAN là gì? LoRaWAN là gì? Tại sao nó lại quan trọng? Trong bài viết này, tôi sẽ giới thiệu LPWAN trước khi tập trung vào một giao thức LPWAN cụ thể: tiêu chuẩn mở LoRaWAN.

0

Mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN) rất phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp yêu cầu các thiết bị gửi một lượng nhỏ dữ liệu qua khoảng cách lớn trong nhiều năm chỉ với một cục pin. Tiêu chuẩn mở LoRaWAN là một giao thức LPWAN phổ biến và hiệu quả.

Điện thoại thông minh của bạn sử dụng rất nhiều năng lượng để gửi nhiều dữ liệu trong khoảng cách trung bình. Nó không thực sự là một vấn đề khi điện thoại của bạn hết pin vì bạn có thể sạc lại trong xe hơi hoặc ở nhà. Ở mặt khác, nhiều ứng dụng Internet vạn vật (IoT) giám sát đất nông nghiệp hoặc giám sát khí hậu ở vùng sâu vùng xa, đòi hỏi các cảm biến truyền các gói thông tin nhỏ định kỳ trong nhiều năm hoặc thậm chí một thập kỷ cho một lần sạc pin.

LPWAN: Đổi mới trong giới hạn vật lý

Những ứng dụng IoT từ xa, dài hạn, trải rộng này phải đối mặt với một vấn đề vật lý đơn giản: nếu bạn muốn truyền thông tin không dây qua khoảng cách xa, bạn phải tăng công suất tín hiệu hoặc giảm băng thông tín hiệu. Hãy xem xét điều này: nếu nước chảy qua một đường ống và bạn muốn gửi nó ra xa nguồn hơn, bạn phải tăng áp lực (năng lượng) phía sau nước hoặc sử dụng cả hai đường ống hẹp hơn (băng thông). Vấn đề vật lý thứ hai đã truyền cảm hứng cho một loại mạng không dây nhất định: mạng diện rộng công suất thấp hay “LPWAN”. Bạn có thể đã nghe các thuật ngữ LPWAN và LoRaWAN trước đây mà không biết chúng là gì.

Bạn có thể tự hỏi, LPWAN là gì? LoRaWAN là gì? Tại sao nó lại quan trọng? Trong bài viết này, tôi sẽ giới thiệu LPWAN trước khi tập trung vào một giao thức LPWAN cụ thể: tiêu chuẩn mở LoRaWAN.

Sơ lược về lịch sử của LPWAN

Sigfox đã làm phổ biến LPWAN vào những năm 2000 như là một sự thay thế hiệu quả cao cho các yêu cầu năng lượng và chi phí của các mạng di động. Công ty khởi nghiệp của Pháp, Cycleo, đã phát triển một số IP bán dẫn RF năng lượng thấp hấp dẫn và Semtech đã mua lại chúng vào năm 2012 để củng cố danh mục RF công suất thấp của họ. Semtech hiện kiểm soát một số IP lõi bên dưới giao thức LoRa, đã trở thành giao thức LPWAN không di động (non-cellular) trên thực tế, mặc dù Sigfox gần đây đã công bố đợt “tái” mở rộng mới trên toàn cầu.

Các nhà mạng di động lớn và 3GPP, cơ quan tiêu chuẩn di động toàn cầu, không hài lòng với cách Sigfox và Cycleo (Semtech) đã tạo ra LPWAN dành riêng cho IoT, cô lập người chơi di động khỏi thị trường LPWAN, một thị trường đã bắt đầu thu hút rất nhiều của khách hàng công nghiệp. 3GPP bắt đầu tiêu chuẩn hóa và phổ biến LTE-Cat M1 và NB-IoT (Narrowband IoT) dưới dạng LPWAN di động hoạt động chủ yếu trong các băng tần được cấp phép.

Cellular IoT đang ngày càng trở nên phổ biến đối với các hệ thống IoT mà trong gần một thập kỷ đã được thiết kế dưới dạng LPWAN không di động, tuy nhiên, LoRaWAN vẫn đang phát triển mạnh mẽ. Semtech – với sự ưu ái cho công nghệ này, dự đoán rằng vào năm 2019, có tới 40% LPWAN sẽ chạy trên LoRa (chúng tôi sẽ đi sâu vào LoRa sau).

5G đã sẵn sàng để làm rung chuyển toàn bộ cảnh quan LPWAN. Nó hứa hẹn tốc độ truyền dữ liệu thấp, độ trễ thấp và năng lượng cao, một sự kết hợp không thể đạt được trước đây. 3GPP cũng đang xem xét cho phép các công nghệ 5G hoạt động trong các băng tần không được cấp phép, cụ thể là 3,5 GHz, 5 GHz và 60 GHz, lấn chiếm thêm các mạng LPWAN không di động. Tuy nhiên, vì 3GPP hiện chỉ mới hoàn thiện các tiêu chuẩn và Verizon và AT&T mới bắt đầu thử nghiệm các mạng 5G đầu tiên, vẫn còn nhiều điều phải chờ đợi.

LPWAN là một giải pháp

Về cơ bản, LPWAN cho phép các nhà cung cấp giải pháp thiết kế hệ thống IOT đối với trường hợp sử dụng đòi hỏi phải có thiết bị để gửi một lượng nhỏ dữ liệu theo định kỳ qua mạng trong khoảng cách nhiều km và sử dụng các thiết bị chạy bằng pin mà cần phải kéo dài trong nhiều năm.

Các mạng LPWAN đạt được kỳ tích đó bằng cách các thiết bị IoT của họ chỉ gửi các gói thông tin nhỏ theo định kỳ hoặc thậm chí không thường xuyên cập nhật trạng thái, báo cáo, v.v., khi thức dậy từ một kích hoạt bên ngoài hoặc trong khoảng thời gian được lập trình sẵn. Tuy nhiên, với sự ra đời của LPWAN di động, giờ đây đã có sự linh hoạt hơn trong định nghĩa của khu vực công suất thấp và công suất thấp, trực tuyến, như biểu đồ dưới đây.

Một số điểm mạnh cốt lõi của LPWAN

Các thiết kế LPWAN rất phổ biến vì chúng có giá thành thấp, chúng có tuổi thọ pin dài và chúng hoạt động ở khoảng cách xa. Đó là một sự kết hợp tuyệt vời cho nhiều trường hợp sử dụng.

LPWAN là giải pháp tuyệt vời cho các loại trường hợp sử dụng nhất định yêu cầu truyền dữ liệu định kỳ hoặc không nhất quán trong khoảng cách xa trong một khoảng thời gian đáng kể. Hãy nghĩ rằng đồng hồ xử lý rác thông minh, đồng hồ đỗ xe thông minh hoặc cảm biến chất lượng đất và nước. Với phạm vi và sự đơn giản tương đối của các gói dữ liệu LPWAN, các cảm biến thậm chí có thể báo cáo từ dưới lòng đất, ở vùng khí hậu khó khăn và cách xa các gateway hoặc tháp. Nhiều LPWAN cũng có kiến trúc đơn giản và các giao thức được thiết lập nhiều hơn về điều đó bên dưới, khiến chúng tương đối dễ dàng, rẻ, đáng tin cậy và hiệu quả để triển khai theo quy mô.

Một số hạn chế cơ bản của LPWAN

Mọi công nghệ đều có những hạn chế. Chính xác hơn, không có công nghệ nào là hoàn hảo cả. LPWAN rất phù hợp với các kịch bản được mô tả ở trên, tuy nhiên, chúng không phù hợp cho các trường hợp sử dụng đòi hỏi dữ liệu phải được chuyển thường xuyên và / hoặc với khối lượng lớn. LPWAN thường mang các gói từ 300 bit/s đến 50 kbit/s. Bạn có nhớ mạng 56 kbit/s hoặc mạng quay số trực tuyến Internet? Nhiều dữ liệu được truyền qua quay số hơn hầu hết các LPWAN sử dụng nhiều dữ liệu, do đó, bạn không thể gửi một bức ảnh mèo, video về chó con hoặc thư thoại lan man trên hầu hết các mạng LPWAN. Đó không phải là mục đích của họ.

Các mạng LPWAN cũng có thể gặp vấn đề vì họ thường hoạt động trong các băng tần không có giấy phép: các băng tần Công nghiệp, Khoa học và Y tế (ISM) mà chính phủ bỏ ngỏ. Các băng tần ISM phổ biến của Hoa Kỳ bao gồm 915 MHz, 2,4 GHz và 5 GHz. Các giải pháp LPWAN thường hoạt động trong các dải ISM 902-928 Mhz, ngay dưới ngưỡng GHz. Các thiết bị LPWAN ngoài trời, ví dụ như. trên đỉnh tòa nhà hoặc tháp tháp gửi tín hiệu mờ trong các dải tần phụ đó có thể gặp nhiễu từ các tín hiệu năng lượng cao hoạt động ngay trên ranh giới GHz.

Thông thường, những can nhiễu như vậy không phải là vấn đề. Nếu bạn bỏ lỡ một vài khoảng thời gian thử nghiệm đất, thì đó không phải là sự sống hay cái chết, mà là đối với nhiều ứng dụng IoT quan trọng cho nhiệm vụ (Mission Critical-IoT,), ví dụ: các ứng dụng y tế và xe tự lái, những can nhiễu như vậy có thể là thảm họa. Tất cả đều được biết đến sự phức tạp của trường hợp sử dụng của bạn và cách mạng của bạn sẽ tương tác với các hạn chế của đài phát thanh và môi trường vật lý địa phương.

Video ngắn dưới đây sẽ giải thích một số tính năng chính của LoRaWAN:

Các tính năng cốt lõi của Hệ thống LoRaWAN

  • Tầm xa (> 5 km đô thị,> 10 km ngoại ô,> 80 km đường ngắm)
  • Tuổi thọ pin dài (> 10 năm)
  • Chi phí thấp (<$ 5 / mô-đun)
  • Tốc độ dữ liệu thấp (0,3 bps – 50 kbps, thường khoảng ~ 10 kB / ngày)
  • Hỗ trợ bản địa hóa
  • Hai chiều
  • Đảm bảo
  • Hoạt động trong băng tần không có giấy phép

LPWAN trong một thế giới mà các mạng di động đang mở rộng nhanh chóng

Các nhà cung cấp dịch vụ di động lớn như Verizon và AT&T có doanh thu ổn định từ điện thoại thông minh đến mức họ có thể đủ khả năng cung cấp các tùy chọn LPWAN di động như LTE-Cat M1 và NB-IoT, và sắp tới là mạng 5G. Vì điều này, các công ty Liên minh LoRa có lý do để lo ngại.

5G chắc chắn sẽ thay đổi cảnh quan của LPWAN. NB-IoT hứa hẹn cho các ứng dụng LPWAN và LTE-Cat M1 rất phù hợp cho các ứng dụng giống LPWAN có nhiệm vụ quan trọng hoặc cần nhiều dữ liệu hơn.

Tham khảo từ iotforall.com

BÌNH LUẬN

Vui lòng nhập bình luận của bạn
Vui lòng nhập tên của bạn ở đây