#iot #lpwan #датчики #интернетвещей #goodwan
В сегодняшней статье мы рассмотрим технологии на рынке IoT и выделим основные проблемы при их сравнении, а так же предложим системный подход к сравнению.
Самыми распространенными и известными LPWAN технологиями в мире, с принципиально различными подходами на сегодня являются: NB-IoT и LTE-M, LoRa, Sigfox, Link Labs, Weightless, Ingenu (RPMA) и многое другое.
NB-IoT. (Narrow Band Internet of Things) - беспроводная технология для Интернета вещей, реализуемая на базе инфраструктуры сотовых сетей и стандартизированная консорциумом 3GPP релизом 13: LTE-Advanced Pro. В создании релиза участвовали производители оборудования для сотовых операторов: Qualcomm, Ericsson, Huawei и Vodafone. В результате, 3GPP включила в релиз три конкурирующих между собой технологии, выбор которой отдан на откуп производителям чипов или сотовым операторам.
LTE-M. Основное различие между NB-IoT и LTE-M заключается в следующем: NB-IoT требует более узкого канала пропускной способности (200 кГц против 1,4 МГц), и устройства могут быть развернуты в нетрадиционных полосах, включая защитные полосы LTE, а также полосами, специфичными для IoT.
LoRa. LoRa Alliance является открытым, некоммерческим объединением, созданным для содействия развития технологий LPWAN на базе технологии LoRa. В нее входят около 400 компаний-членов по всей Северной Америке, Европе, Африке и Азии, а ее учредителями являются IBM, MicroChip, Cisco, Semtech, Bouygues Telecom, Singtel, KPN, Swisscom, Fastnet и Belgacom. LoRaWAN - это сетевой уровень открытого стандарта, управляемый Альянсом LoRa. Однако базовый чип для реализации полного стека LoRaWAN доступен только через Semtech.
Sigfox. Основанная в 2009 году, французская компания, штаб квартира находится в городе Лабеж, Франция. Благодаря успешным маркетинговым кампаниям в Европе Sigfox завоевал значительную популярность в сфере LPWAN. Использует UNB (Ultra Narrow Band) канал передачи информации в безлицензионном диапазоне частот.
Link Labs. Является членом LoRa Alliance и поэтому использует чип LoRa. Однако, вместо использования LoRaWAN, Link Labs создала проприетарный MAC-уровень (программное обеспечение) поверх чипов Semtech под названием Symphony Link.
Weightless Alliance - это глобальный некоммерческий альянс, посвященный постоянному развитию и инновациям технологии Weightless, открытого стандарта LPWAN для IoT. Компания использует - открытый стандарт, работающий в нелицензированном спектре с частотой менее 1 ГГц.
Существует три версии Weightless, которые служат различным целям:
Weightless-W: использует пустое пространство (неиспользуемый локальный спектр) в лицензированном телевизионном диапазоне.
Weightless-N: узкополосный протокол безлицензионного диапазона, созданный по технологии NWave, очень похожей на Sigfox.
Weightless-P: двунаправленный протокол, созданный по технологии Platanus от M2COMM (используется модуляция FDMA + TDMA в полосе 12,5 кГц).
Ingenu (RPMA). Работает в ISM‑диапазоне 2,4 ГГц. Ядром стандарта является множественный доступ со случайной фазой (RPMA — Random Phase Multiple Access), который представляет собой физический уровень PHY и подуровень управления доступом к среде MAC, разработанные компанией Ingenu.
GoodWAN. Российская компания основанная в 2017. Сотрудники имеют большой опыт разработки как профессиональных радиосистем, так и различных измерительных и охранных датчиков. Разработала свой LPWAN радио протокол c упором на максимальный срок жизни устройств от батарейки и информационную безопасность. Для достижения максимальной энергоэффективности отказалась от обратного канала связи. Физический уровень передачи информации ближе всего к Sigfox, но с использованием помехоустойчивого кодирования и частотной модуляции вместо фазовой, что дает более уверенный прием сигнала и выигрыш в потреблении конечного устройства. Алгоритмы защиты информации напоминают LoRaWAN протокол, но обеспечивают постоянную смену адреса устройства в сети. Предлагает не только технологию доставки информации от датчика, но полностью законченные решения оптимизированные для различного набора датчиков и кейсов применений.
В последнее время появилось много вариантов «light» LPWAN технологий, использующих NB канал. В этих технологиях, как правило, совмещается SDR-радио на базовой станции и современные NB радио-чипы на конечном устройстве. Также используются собственные протоколы синхронизации. По чувствительности они, как минимум, на 15-20 dB уступают классическим LPWAN. Также за LPWAN часто выдают различные решения, к LPWAN прямого отношения не имеющие, например, на основе 2G.
LPWAN технологии находятся только в начальной стадии развития. Технических специалистов в этой области очень мало, зато появилось много аналитических статей, обсуждающих перспективы развития. Откуда, в этом случае, аналитики берут свою информацию? Скорее всего из рекламы компаний разработчиков, мнений частных экспертов, результатов ограниченных тестов.
Для сравнения технологий часто используют сравнительные таблицы, при этом возникают следующие проблемы:
- Такие таблицы чаще всего рисует «заинтересованная» сторона и включает в них только удобные для себя параметры.
- Есть неоднозначно определяемые параметры – например «дальность работы системы». Если этот параметр вырвать из контекста, то можно писать любые значения, «что позволит совесть». Под дальностью работы производители обычно указывают какое-либо лучшее из полученных значений.
- Часто в таких таблицах указывается несколько несовместимых между собой параметров, которые не достижимы одновременно (например, максимальная чувствительность и максимальная скорость передачи), что приводит к ложным выводам.
- Не всегда возможно разделить ключевые и малозначимые параметры системы.
Компания GoodWAN предлагает системный подход к сравнению LPWAN технологий:
- Для чего (Задача);
- Что самое важное (Приоритеты);
- Как это сделано (Технология).