LPWAN технологій, та інші технології 3GPP Частина-2 » ..::Wireless Ukraine::..
 
 
WU#1 WU#2 WU#3 WU#4 WU#5 WU#6 WU#7 WU#8
 


Главная     Статьи     Наши награды Новости от НКРСИ     Мировые Новости     Входящие письма     Исходящие письма     Сотрудничество     Фотогалерея     Подписка     Полезные ссылки Контакты



 
LPWAN технологій, та інші технології 3GPP Частина-2

 

 Федієнко О.П.

 

 
 

 

LPWAN технологій, та інші технології 3GPP   Частина-2 Доброго дня ми продовжуємо популяризувати питання інтернет речей.
От же сьогодні ми з вами будемо говорити про конкуруючі бездротові стандарти LPWAN технологій, та інші технології 3GPP.
https://ru.wikipedia.org/wiki/LPWAN
https://ru.wikipedia.org/wiki/3GPP
Що таке LPWAN (Low Power Wide Area Network) стандарт.
Це новий підхід в радіозв'язку, який вживається для пристроїв за допомогою яких будуються великі розподілені безпровідні мережі телеметрії. Його особливість - низьке енергоспоживання(low - power) і широке територіальне охоплення(wide - area).
https://iot.ru/promyshlennost/seti-lpwan-istoriya-i-perspektivy
Очікується, що об'єм світового ринку LPWAN приладів за підсумкам 2015 року становив $0,5 млрд долларів, а до 2022 року виросте до $46 млрд долларів. Різке зростання попиту на LPWAN- рішення обумовлене декількома ключовими чинниками.
https://startup.ua/startups/306527.html
Це те, що  сучасні датчики здатні контролювати багато критично важливих показників на виробництві, у ЖКХ, вдома, на промисловості,и.т.д..
Датчики рік від року стають "розумніше", у тому числі завдяки використанню технологій штучного інтелекту. Зростають і вимоги підприємств до сервісів IoT.
Тобто модему працюючому у такий мережі потрібно передавати буквально біти або кілобіти корисної інформації.
Він може працювати на одній батарейці до 10-ти років, працювати у тих радіоумовах де традиційні мобільні технології, або ШПС радіо технології не справляються.
Досить важливо і питання вартості, такого модему, зараз він коштує  в районі 35-70 евро за модем. Якщо казати про LPWAN технології, то в першу чергу це вузькосмугові системи такі як Lora, http://lorawan.lace.io/faqs/lora/
SigFox, ZigBee, https://ru.wikipedia.org/wiki/ZigBee та Z-Wave https://ru.wikipedia.org/wiki/Z-Wave або широкосмугові технології WiFi,  а також технології які до нас прийшли з мобільних мереж, це класичний GSM, LTE, та NB-IoT
https://ru.wikipedia.org/wiki/NB_IoT
Якщо казати про стратегію, то у зв’язку  з тим, що почали з’являтися великі мультимедійні платформи у мережі Інтернет, мобільний зв'язок пішов шляхом збільшення швидкості, використовуючи метод різних технологій для агрегації каналів, зміна модуляцій та екосистем технологій доступу.
Тобто всі технологічні зміни що відбуваються це все ради того, щоб абонент мав відповідну швидкість для перегляду різноманітного контенту, для генерування максимально можливого трафіку, враховуючи те, що абонент сплачує за трафік, та саме оператор на цьому і заробляє.
У то же час, по суті з 1992 року тільки GSM залишався єдиним рішенням для передавання даних з невеликими швидкостями в рішеннях м2м.
Я навіть пам’ятаю приклади коли ми з використанням телефонів НОКІЯ будували на базі оператора ЮМС мережу передачі даних для нотаріусів, де швидкість складала 9600 Кілобіт за секунду.
Взагалі склалось таке враження що інженери вендорів та стандартів  3GPP (мобільних технології) повністю забули щось створити взамін GSM.
Саме таким становищем скористалися інші учасники ринку та стали пропонувати свої рішення LPWAN модемів, на основі стандартів Lora SigFox та багато інших.
Тепер давайте поглянемо на дошку, а саме на таблицю з технічними параметрами того або іншого стандарту.
Перше що зробимо це розділимо стандарти на ліцензійні та безліцензійні.
Як ми бачимо з таблиці Lora SigFox, Z-Wave працюють у неліцензійній смузі радіочастот це 868 Мгц в Україні.
Велика перевага від роботи у неліцензійній смузі саме у тому, що любий бажаючий може купити наприклад базову станцію Лора встановити модеми у різні кінцеві пристрої, такі як лічильники, енерго, газових ЖКХ компаній, або до  промислових приборів, та запустити свою LPWAN мережу.
Тобто не купуючи ліцензію на користування РЧР ресурсом України, по суті стати повноцінним оператором ІоТ пристроїв, побудувавши у неліцензійному спектрі бездротову мережу.
Але, ви зразу отримуєте і мінуси, справа у тому, що неліцензійна смуга може бути досить сильно занедбана радіозавадами, зашумлена, від роботи великої кількості радіопередавачів або пристроїв які працюють у цьому діапазоні, особливо це смуги 2,4 ГГц та 433 МГц.   
Але є й переваги, це те, що це відкритий стандарт, та фактично кожний розробник може взяти його за основу та допрацювати. Тобто ви самі можете на базі існуючого стандарту надбудувати щось додаткове.
Тепер давайте розглянемо більш детальніше окремо технології
LoRaWAN - це запатентоване частотне розширення частотного спектру. Що належить компанії #Semtech (США).
LoRaWAN - стандарт протоколу LPWAN, працюючий в технологічному середовищі LoRa.
Устаткування в мережі LoRaWAN працює за принципом  Асинхронна відправка даних, тобто передача даних відбудеться тільки тоді, коли ці дані є.
Поки пристрою нічого передавати, вон "спить", економлячи енергію батарейки.
Також фахівці можуть задати відправку даних за розкладом або незалежно від часу.
SіgFox це не тільки назва технології, це ще назва французського приватного підприємства, головна фішка у тому, що вони працюють дуже у вузькій смузі радіочастот 100 КГц.
Великим мінусом є саме те, що ця технологія придатна для застосування для дуже низко швидких пристроїв, такі як закриття відкриття дверей, люків, вмикання ліхтарів згідно графіку та інше, також є досить великі складності з реалізацією каналу на пристрій.
Дивись таблицю, або відео.
ZigBiee, здатна працювати на досить невеличкій территорії, працювати як точка точка, точка багатоточка та формувати меш мережу.
Обладнання ZigBee відрізняються низьким електроспоживанням, особливо кінцеві пристрої, для яких передбачений режим "сну", що дозволяє цим пристроям працювати до трьох років від однієї звичайної батареї АА і навіть ААА;
Стандарт передбачає можливість використання каналів в декількох частотних діапазонах. Найбільша швидкість передачі і найкраща завадостійка досягається в діапазоні від 2,4 до 2,48 ГГц, в середені приміщення.  У цьому діапазоні передбачені 16 каналів по 5 Мгц.
Відстань між робочими станціями мережі складає десятки метрів у середині приміщень, і сотні метрів на відкритому повітрі.
За рахунок ретрансляцій зона, що покривається мережею, може бути дуже значно розширена, від декількох тисяч квадратних метрів в приміщенні і до декількох гектар на відкритому просторі.
Більше того, мережа ZigBee у будьякий момент може бути розшире додаванням нових елементів, це буває корисно для зниження навантаження і відповідно підвищення швидкості передачі
Z-Wave є запатентованим безпровідним протоколом зв'язку, розробленим для домашньої автоматизації, зокрема для
контролю і управління в житлових і комерційних об'єктах.
Технологія використовує малопотужні і мініатюрні
радіочастотні модулі, які вбудовуються в побутову електроніку і різні пристрої, такі як освітлювальні прилади, або прилади опалювання, облаштування контролю доступу, розважальні системи і побутову техніку.
Z-Wave працює в діапазоні радіочастот до 1 ГГц і оптимізована для передачі простих команд, що управляють, з малими затримками (наприклад, включити/вимкнути, змінити гучність, яскравість і т. д.).
Z-Wave призначений для створення недорогої і енергоефективної споживчої електроніки, у тому числі пристроїв на батареях, таких як пульти дистанційного керування, датчики диму, температури, вологості, руху іінших датчиків Z-Wave використовує MESH топологію.
Що об’єднує ці технології?
Це те що вони мають дуже низьке Електроспоживання, наприклад коли модем «спить» це приблизно 1 микроампер, і приблизно до 40 микроампер коли модем передає інформацію, також є питання з гарантування сервісу, що інформація буде доставлена з потрібною швидкістю та затримками.
І всі вони можуть бути побудовані без отримання ліцензій на користування радіочастотним спектром України, але з обмеженням використання.
При цьому у мережах LTE-M або NB-IoT інформація доставляється гарантовано.
Наступний клас технології це WiFI,
 Під концепцію Інтернету речей, рішення Wi-Fi  не зовсім підходить.
Дати обмеженому числу користувачів максимально широкий канал Інтернету, так це можливо.
Але, скільки користувачів зможуть користуватися на однією Wi-Fi точкою? 20, 30, 100, 500 користувачів?
А на секторі базової станції?
Це все одно не сотні тисяч модемів як наприклад у LPWAN технологіях можуть працювати.
Тому цю технологію ми навіть не будемо розглядати як базову технологію для побудови ІоТ мережі.
 Але при побудові смарт системі вона може бути залучена.
 
Тепер переходимо до іншого класу технології це технології які прийшли з мобільних технологій такі як LTE-M та NB-IoT.
Існує багато статей які описують різницю між LTE-M та NB-IoT.
Щоб вам було простіше розуміти це різні стандарти які відпрацювали група 3GPP. Коли вони зрозуміли, що для роботи з невеликими обьемами інформації не потрібні повноцінні мережі 3G, 4G почали з’являтися урізані стандарти, такі як NB-IoT.
https://itkvariat.com/o-raznom/886-nb-iot-protiv-lte-m-4g-5g-kakim-budet-internet-veschey.html
Тепер давайте почнемо розбиратися з основними цифрами. Подивимось на дошку на досить важливий параметри це бюджет лінії для побудови зв’язку. Ваші фахівці повинні розуміти з чого складається бюджет лінії. Для розрахунку потужності корисного сигналу на вході приймача необхідно знати енергетичні параметри радіолінії і реальну чутливість приймача. Коефіцієнти підсилення передавальної і приймальної антен. Дальність передачі. Додаткові втрати (фідер, роз’єми, кліматичні умови). Запас завадостійкої до зовнішніх радіо перешкод.
http://afu.com.ua/gsm7/raschet-byudzheta-radioliniy-v-sistemah-sotovoy-svyazi
Також треба дивитися на показники енергоспоживання, (завдяки використанню вже нових технологій побудови електричних елементів) вони стали кращими.
Та можливо яб приділяв би увагу потрібній швидкості передачі, та шифруванню.
Наприклад щодо модемів LTE-M. Справа у тому, що якщо цей модем встановлений десь в середні лічильника води, який буде багато років знаходитися десь у підвалі та не буде кудись переноситься, то навіщо такому модему виконувати що секундо якісь дії з мережею повноцінною мережею  #LTE? А це обмін системною інформацією, як це робить наприклад ваш смартфон, і от завдяки того що це все зрізали, змогли досягнути дуже непоганих показників у розряді та роботі батареї.
Існує ще два методи збереження батареї, це режим power save mode,   коли модем зберігає свої налаштування з мережею та потім засипає на деякий час, якщо йому не потрібно передавати якусь інформацію тобто виходити в ефір, при збережених налаштуваннях модем може досить швидко відновити свою роботу з мережею, витративши при цьому значно менше електроенергії.
Щодо NB-IoT то це спрощений варіант 4G модема коли взяли всього одну несучу у 200 Кгц звузили, спростили багато стандартних  LTE процедур взаємодії з мережею та таким чином значно досягли результату підвищення енергоефективність використання батареї та покращити ситуацію з покриттям.
Сам стандарт працює поверхнево на існуючій мережі LTE. Потрібно лише додатково змінити програмне забезпечення кожної базової станції.
Завдяки цьому, та завдяки різним методам канального рівня наприклад багатократного повторення однієї та тієї передаваемої інформації маємо покращення бюджету лінії у NB-IoT.
Ще стандарти LTE-M та NB-IoT мають досить непогані алгоритми шифрування інформації.
Але про це буде окрема доповідь.
Як ми бачимо одним з великих плюсів стандартів LoRa, це робота у безліцензійній смузі радіочастот. Як я казав достатнє купити базову станцію, зробити самому або орендувати сервер для обробки або збереження інформації, встановити модеми LoRa і ви вже маєте мережу, тобто ви вже повноцінний оператор зв’язку для ІоТ пристроїв, можете запускати свій бізнес наприклад у ЖКХ.
У той же час як робота у ліцензійній смузі можлива лише тільки для мобільних операторів, частоти вартують дуже дорого. Обладнання вартує десятки тисяч доларів.
Але перевага у ліцензійній смузі у тому, що оператор буде пробувати так будувати мережу, та планувати радіочастотний спектр щоб  надати більш гарантований сервіс користувачу.
Тай радіозавад від інших систем буде значно менше.
Але це все модернізація базових станцій, і вона буде скоріше за все мати економічний ефект  у містах де досить велика кількість базових станцій стандарту LTE, та великий попит на послуги ІоТ пристроїв. Там де таких базових станцій за мало, казати про впровадження ІоТ на мережах LTE це популізм.
Специфікація стандарту NB-IoT з’явився у 2016 році, але ще й досі йде процес удосконалення, тобто потрібен ще деякий час, щоб досконало налагодити систему та налаштувати випуск модемів а саме головне досягнути вартості таких модемів, до тих пір поки NB-IoT запрацює.
Суперечки щодо перспектив LoRaWAN або NB-IoT йдуть постійно.
Із останніх новин, я бачу що у сімействі  NB-IoT є поповнення модемів.
У Шанхаї на Mobile World Congress компанії #Ericsson і MediaTek продемонстрували рішення для розумних замків, фитнес-браслетов і дитячого годинника з елементами захисту і стеження.
MediaTek підтримала екосистему NB-IoT, що просувається, більшістю європейських операторів як стандарт для мереж інтернету речей.
Для елементів екосистеми IoT компанія #MediaTek розробила два чипсети. MT2625 призначений для індустріального використання в сенсорах, датчиках і інших елементах, де на перший план виходить                                                 енергоспоживання. Та чипсет MT2621 більше підходить для компактної електроніки, ним підтримується  стандарти NB-IoT і GSM/GPRS.
Але у той же час рішення на LoRa вони вже доступні, вони вже існують.
Побудовано досить багато мереж, реалізовано багато кейсів саме на стандарті LoRaWAN у світі. Це мережі де знаходиться сотні тисяч сенсорів,  а десь навіть і мільйони сенсорів.
Закінчую хочу сказати що незважаючи на те, що ведуться постійно розмови про те що потрібен єдиний стандарт для ІоТ, ми бачимо що всі ці стандарти мають як свої переваги так і недоліки, та можуть у подальшому доповнювати один одного.  
Тому вважаю, що напрацювання єдиного стандарту не можливо, а от розуміння різниці між стандартами буде у подальшому ключовим залогом успішності реалізації ІоТ проектів.
І як доказ тому, що боротьба рішень триває є новина від компанії Samsung.
Розраховуючи забезпечити собі домінуючу позицію на ринку Інтернету речей (IoT), Samsung оголосила про свою кооперацію з компанією SK Telecom з метою розгортання в середині цього року в Південній Кореї національної мережі для підтримки функціонування IoT.
Мережа використовуватиме стандарт безпровідної передачі даних LoRa, і, за заявою Samsung, тим самим уперше в масштабі цілої країни буде створена мережа LoRaWAN для обслуговування Інтернету речей.
IoT- мережі LoRaWAN використовують загальнодоступну частину спектру, що не ліцензується.
Щоб не створювати перешкод для інших індустріальних комунікацій, що користуються, смугою, мережа підтримуватиме функцію Listen Before Talk (LBT). Це коли перед тим як почати передавати модеми будуть слухати ефір, а тільки коли будуть дірки між передавачами будуть передавати свою інформацію.
У наступному матеріалі ми вже більш детально розглянемо стандарт LoRaWAN, розповідати про стандарт NB-IoT я не бачу сенсу, тому що цей стандарт працює виключно на мережі мобільного оператора.

 


  • Продовження розмови про впровадження ІоТ
  • Про впровадження системи LoRaWAN як складової транспортного середовища для ...
  • Що таке якість мобільного зв’язку та с чого вона складається?
  • Де краще починати впроваджувати ІоТ?
  • Ліцензія, яка веде до тупику?
  • Коли в Україні буде 5G
  • Чи будуть працювати нові смуги радіочастот?
  • МТС-Україна проводить технічне тестування телемедичної мережі
  • КОЖЕН оператор фіксованого радіодоступу 100 відсотково порушує Закон Україн ...
  • ПИТАННЯ СТВОРЕННЯ НАЦІОНАЛЬНОЇ МЕРЕЖІ МОБІЛЬНОГО ЗВ’ЯЗКУ ДЕРЖАВНИХ ОР ...
  •  























    Украинская Баннерная Сеть


    www.tetra.net.ua



    free counters



    журнал Wireless Ukraine

    © Wireless Ukraine 2012