Что такое глобальная сеть с низким энергопотреблением и для чего она используется?

Интернет продолжает расти, и Интернет вещей (IoT) — это одна из областей, которая продолжает расти быстрыми темпами. Большая часть этого роста обусловлена ​​глобальными сетями с низким энергопотреблением (LPWAN) — типом подключения с низким энергопотреблением для глобальной сети, которое полезно для развертывания и использования IoT.

Итак, давайте подробнее рассмотрим LPWAN, различные типы LPWAN и несколько реальных примеров их использования.

Что такое Интернет вещей?

Чтобы понять LPWAN, вы должны понимать что такое интернет вещей. Нам не нужно подробно описывать это, но небольшие знания помогут понять LPWAN.

Термин IoT относится к физическим устройствам, которые взаимосвязаны. Эти устройства включают в себя все, от интеллектуальных термостатов в вашем доме до интеллектуальных уличных фонарей в городе.

Некоторые распространенные устройства с поддержкой IoT включают в себя:

• Устройства умного дома: Термостаты, освещение, камеры видеонаблюдения
• Промышленный: Датчики в производственном оборудовании, датчики контроля запасов
• Умный город: Уличное освещение и светофоры, общественный транспорт
• Сельское хозяйство: датчики почвы, интеллектуальное орошение, контроль скота

Это всего лишь несколько способов использования Интернета вещей. Но для того, чтобы системы IoT работали, они должны быть подключены, и LPWAN часто играют эту роль.

Что такое LPWAN?

LPWAN — это сеть беспроводной связи, которая может обеспечивать передачу данных с низкой пропускной способностью и низким энергопотреблением на обширной территории. Из-за области, которую может покрыть LPWAN, она идеально подходит для обмена данными в сетях IoT.

LPWAN не имеет определенного фиксированного размера области, которую она может покрыть. Покрытие зависит от нескольких факторов, включая технологию передачи, количество подключенных устройств IoT, доступные скорости передачи данных и многое другое. Кроме того, на покрытие и передачу LPWAN влияют и другие факторы, такие как препятствия окружающей среды.

Как работают LPWAN?

Свойства низкого энергопотребления LPWAN являются ключом к их функциональности. Устройства IoT часто представляют собой устройства с низким энергопотреблением и питанием от батареи. Кроме того, большинство устройств IoT передают крошечные объемы данных с низкой скоростью передачи данных. Это делает сети LPWAN идеальными для подключения этих устройств на большие расстояния с минимальным энергопотреблением.

LPWAN в основном используют нелицензированные радиочастоты. Это устраняет необходимость в лицензировании и снижает затраты. Способ кодирования и передачи данных зависит от типа LPWAN. Но в основе каждого типа лежит метод модуляции, предназначенный для передачи данных на большие расстояния с минимальными помехами.

Некоторые из методов, используемых для достижения этого, включают:

• Использование кодов исправления ошибок
• Распространение сигнала (распространяет сигнал по широкой полосе частот)
• Снижение скорости передачи данных

Очень полезно думать в терминах водопроводного крана. Включите его на полную мощность, и вы получите мощный поток; это можно сравнить с традиционной глобальной сетью (WAN) с большим количеством данных (воды), протекающих очень быстро. Недостатком является то, что для поддержания потока требуется много энергии.

Уменьшите этот поток до постоянной капли, и у вас есть LPWAN. Вода по-прежнему будет проходить то же расстояние, но для поддержания потока струйки требуется небольшая мощность.

3 ключевых преимущества LPWAN

Причина, по которой LPWAN используются для подключения устройств Интернета вещей, можно обобщить, рассмотрев три основных преимущества, которые предлагают эти типы сетей.

1. Расходы: Стоимость LPWAN ниже, чем у традиционной WAN. Как с точки зрения аппаратного обеспечения, так и с точки зрения затрат на внедрение, LPWAN предлагают недорогое решение для подключения.
2. Диапазон: Диапазон LPWAN варьируется в зависимости от таких факторов, как топология, требования к конструкции, условия окружающей среды и помехи. Типичная сеть может работать на расстоянии около шести миль. Но, как мы рассмотрим в следующем разделе, некоторые типы LPWAN могут похвастаться максимальным радиусом действия около 25 миль.
3. Власть: Приемопередатчики, датчики и другие элементы LPWAN обычно представляют собой устройства с низким энергопотреблением. Например, многие из них питаются от батарей, а ожидаемый срок службы батареи обычно измеряется годами.

Эти атрибуты способствуют внедрению LPWAN в качестве основной формы подключения для миллионов устройств IoT.

Основные типы LPWAN

Существует несколько различных типов LPWAN. Тип LPWAN, который вы выберете, зависит от нескольких факторов. Например, LPWAN типа Sigfox имеет радиус действия до 25 миль; это делает его выгодным, когда устройства разбросаны на большом расстоянии.

Вот несколько наиболее распространенных типов LPWAN:

• ЛоРаВАН: При этом используется метод, называемый Chirp Spread Modulation, для достижения связи на большие расстояния. Тот же метод позволяет достичь этого с очень низким энергопотреблением. LoRaWAN предлагают несколько преимуществ, включая низкую стоимость и масштабируемость. Он также поддерживает функции геолокации и двунаправленную связь.
• НБ-IoT: Это LPWAN, работающий в сотовых сетях. Это позволяет поддерживать определяющие характеристики LPWAN, но имеет дополнительные преимущества в виде повышенной скорости передачи данных и повышенной безопасности.
• Сигфокс: Sigfox — это проприетарный сервис LPWAN с глобальным покрытием. Он использует сверхузкополосную модуляцию для удовлетворения требований к дальности и мощности подключенных устройств и в оптимальных условиях может достигать дальности до 25 миль.
• Невесомый: Weightless достигает своих целей LPWAN, заключающихся в подключении на большие расстояния с низким энергопотреблением, используя широкополосную частотную модуляцию и ортогональное частотное мультиплексирование. Это еще одна услуга, имеющая глобальный охват.

Как видите, существуют разные подходы к достижению целей LPWAN. Однако многое из того, что определяет выбор LPWAN, зависит от функций, которые он должен выполнять, что лучше всего понять, рассмотрев некоторые способы использования LPWAN.

Для чего используются LPWAN?

Мы уже касались этого, но лучший способ полностью понять, как функционируют LPWAN, — это обсудить некоторые реальные сценарии использования устройств IoT.

Умные города

Города все чаще используют LPWAN с большим эффектом. Некоторые из распространенных способов их использования включают:

• Умное уличное освещение: Умные уличные фонари используют LPWAN для нескольких целей. Наиболее распространенным является энергосбережение за счет регулировки яркости света в зависимости от таких факторов, как климатические условия, время суток, уровень активности на улице.
• Умные светофоры: Они используются для уменьшения заторов за счет определения приоритетов светофоров для оптимизации потока трафика.
• Умная парковка: Датчики могут использоваться для контроля наличия парковочных мест.

Переход к более умным городам призван улучшить качество жизни жителей и сократить выбросы углекислого газа и расходы муниципалитетов на электроэнергию.

сельское хозяйство

Сельское хозяйство — еще один сектор, в котором наблюдается быстрый рост использования устройств IoT и LPWAN. Вот некоторые из способов, которыми LPWAN помогают фермерам:

• Мониторинг почвы: LPWAN и датчики могут отслеживать состояние почвы, например влажность и температуру. Это позволяет фермерам экономить воду, поливая только там, где и когда это необходимо.
• Контроль поголовья: Местоположение домашнего скота может использоваться датчиками, подключенными к LPWAN.

Это еще один сектор, в котором LPWAN может сократить расходы и уменьшить воздействие методов ведения сельского хозяйства на окружающую среду.

Здравоохранение

LPWAN меняют здравоохранение и способы наблюдения за пациентами и их состоянием. Среди применений технологии:

• Предоставлять информацию о состоянии здоровья пациента в режиме реального времени с помощью устройства удаленного наблюдения за пациентом
• Отслеживайте состояние и местонахождение оборудования
• Мониторинг и корректировка условий окружающей среды в медицинских учреждениях

В целом, LPWANS может помочь оптимизировать лечение пациентов и одновременно снизить накладные расходы.

LPWAN: медленные и устойчивые победы в гонке

LPWAN — невоспетые герои мира, который становится все более взаимосвязанным. Используя медленный и стабильный подход к передаче данных, эти сети делают наши города умнее, наши дома безопаснее, а сельское хозяйство — более эффективным.

Сила информации заключается не только в «больших данных»; иногда мелочи в жизни имеют значение.