LPWA-netwerktechnologie

Low-Power, Wide-Area (LPWA)-netwerken zijn de nieuwe lieveling in de draadloze gemeenschap. Maar wat LPWA precies is en wat het niet is, kan verwarrend zijn. Hier onderzoeken we enkele van de technologieën en bedrijven die op dit gebied actief zijn.

De belangrijkste drijfveer van LPWA-technologie is de wens om IOT-sensoren met internet te verbinden zonder de kosten van mobiel (maar houd die gedachte vast), het stroomverbruik of de implementatiecomplexiteit van wifi, of de bereiklimieten van Bluetooth.

Ondanks wat sommige mensen denken, zijn LPWA-technologieën niet echt "low power" in de zin dat ze efficiënter zenden dan andere. In feite nemen LPWA-zenders 10x of meer van het vermogen om te zenden dan Bluetooth. De naam voor laag energieverbruik komt echt van de systeemarchitectuur waarmee apparaten 99% + van de tijd kunnen slapen. Als de inactieve (slaap)stroom slechts een paar microampères is, is een batterijlevensduur van vele jaren mogelijk.

Het gedeelte 'Wide Area' van de naam kan nauwkeuriger worden omschreven als 'High Link Budget'. "Lage inactieve stroom, hoog linkbudget" heeft echter niet dezelfde klank. De grote linkmarge van LPWA-apparaten is over het algemeen het resultaat van verbeteringen in de ontvangstgevoeligheid aan beide uiteinden van de link. Dit is een product van zeer lage gegevenssnelheden en verbeteringen in de creatieve verwerking.

De laatste innovatie in LPWA-technologieën is meervoudige toegang. Dit betekent alleen dat veel apparaten tegelijkertijd toegang hebben tot de gateway. Elke technologie heeft een iets andere manier om dit te doen.

Dus voor elke technologie behandelen we

• Hoe wordt een hoge ontvangstgevoeligheid bereikt?
• Wat is het meervoudige toegangsschema?
• Wat zijn de sterke punten?
• Wat zijn de zwakke punten?
• Wat is het bedrijfsmodel?

Met bedrijfsmodel bedoel ik, hoe verdient de aanbieder van elke technologie geld en hoe gaan ze naar de markt. Dit is belangrijk om te begrijpen, aangezien sommige bedrijven alleen netwerken leveren, andere technologie verkopen en sommige een beetje van beide.

SIGFOX

Sigfox, op de rijpe leeftijd van ongeveer 7 jaar, is de grootvader van de LPWA-ruimte. Zij waren de pioniers bij het creëren van de markt. Ze zijn een netwerkprovider (in de VS) en een technologieprovider voor providers in andere markten.

We hebben in het verleden veel over Sigfox-technologie besproken, maar als een overzicht:

• Sigfox gebruikt een groot basisstation met een FPGA-channelizer om DPSK-transmissies met een lage bitsnelheid over honderden potentiële kanalen te detecteren.
• Eindknooppunten verzenden blindelings 3 keer hetzelfde bericht, op 3 verschillende frequenties om de kans dat het bericht wordt ontvangen te vergroten.
• Downlink is in theorie mogelijk, maar het is zeer beperkt omdat wanneer het basisstation zendt, het uit de lucht is, en dus het risico vergroot dat het verkeer mist.
• Met deze eenvoudige technologie kan een groot aantal verschillende RF-transceivers worden gebruikt, zodat klanten meerdere bronnen hebben.
• De use-cases moeten tot de eenvoudigste in IOT behoren, aangezien er slechts 12 bytes aan payload per transmissie beschikbaar zijn.
• Dingen zoals firmware-updates of besturingsapplicaties zijn niet mogelijk met Sigfox.
• Vanwege de FCC time-on-air-limieten (400 ms) heeft Sigfox een ongeveer 9 dB slechter Link Budget in de VS, wat in combinatie met hogere interferentieniveaus in de 900 MHz-band betekent dat de netwerkprestaties in de VS is lang niet zo goed als in Europa voor Sigfox.

WAVIOT

• WAVIOT is een Russisch bedrijf dat technologie gebruikt die bijna identiek is aan Sigfox.
• Een verschil is dat ze geen netwerken aanbieden, alleen technologie.
• In tegenstelling tot Sigfox kan iedereen WAVIOT-apparatuur kopen om een ​​oplossing te bouwen.
• WAVIOT heeft een gehopt signaal waardoor hun linkbudget dat van Sigfox voor op FCC/VS gebaseerde applicaties kan overschrijden
• WAVIOT-basisstationapparatuur is kostbaar vanwege de grote FPGA die nodig is om alle DPSK-kanalen te implementeren.

LoRaWAN

• Net als Link Labs is LoRaWAN gebaseerd op LoRa-technologie voor fysieke lagen, maar het Symphony Link-protocol van Link Labs is heel anders en biedt veel geavanceerde functies die LoRaWAN niet biedt.
• LoRa biedt een veel betere ontvangstgevoeligheid op de endnode dan Sigfox, en dus is het linkbudget evenwichtiger.
• Net als Sigfox is LoRaWAN een asynchrone toegang in Aloha-stijl, dus dezelfde beperkingen rond downlink zijn van toepassing op LoRaWAN, als bij Sigfox.
• Lees hier meer over overwegingen voor LoRaWAN.
• Het bedrijfsmodel van LoRaWAN is ingewikkeld omdat LoRa wordt verkocht door Semtech, maar het protocol is ontwikkeld door de LoRa Alliance, en een handvol netwerkoperators test ook carrier-netwerken op basis van LoRa.
• Carrier-netwerken en privé-implementaties van LoRaWAN interfereren met elkaar.

LTE-M1

• Deze categorie van LTE maakt apparaten mogelijk die even energiezuinig zijn als LoRaWAN of Sigfox, maar die de verfijning en datasnelheid van LTE kunnen hebben. Lees hier meer over hoe LTE-M1 energieprofielen verbetert ten opzichte van traditionele mobiele telefoons.
• Het is duidelijk dat als je LTE-M gebruikt, je een netwerkoperator moet betalen.
• Het certificeren van apparaten op carriernetwerken kan kostbaar zijn.
• LTE-M1-netwerken worden pas in 2017 in de VS geïmplementeerd.
• LTE-M-prijzen zullen concurrerend zijn met die van Sigfox (ik wed).

NB-IOT

• NB-IOT (ook bekend als LTE-M2) is een andere 3GPP-technologie die onlangs is afgerond.
• Hoewel het technisch gezien geen deel uitmaakt van het LTE-protocol (zoals LTE-M1), kan het worden ingezet in gemaskeerde LTE-bronblokken of in bewakingsbanden.
• Het is ontworpen om in oude GSM 200 kHz-spectrumblokken te passen, en veel operators in Europa en Azië zullen het waarschijnlijk inzetten voor IOT-apparaten.
• In zekere zin heeft Sigfox NB-IOT gecreëerd door de providers te laten zien dat er goede zaken te doen zijn voor IOT-apparaten.
• NB-IOT loopt ongeveer een jaar achter op LTE-M1, dus netwerken zullen waarschijnlijk pas eind 2017 of in 2018 klaar zijn.
• Dezelfde overwegingen over het betalen van een netwerkoperator en apparaatcertificering zijn van toepassing.

Ingenu

• Ingenu is een rebranded Onramp Wireless. Ze hebben hun eigen 2,4GHz DSSS-technologie en zetten daarmee netwerken in.
• Het heeft geweldige linkbudgetten, maar de DSSS-modem op het eindpunt is nogal energieverslindend in vergelijking met LoRa, bijvoorbeeld.
• Zie ze in zekere zin als LTE-M of NB-IOT, aangezien ze "slechts" een IOT-netwerkprovider zijn. De technologie is niet zo belangrijk als het netwerk.
• Ze worden op het moment van schrijven slechts in een handvol steden ingezet.
• Het zal leuk zijn om te zien of ze kunnen overleven in het licht van de enorme LTE-M-implementaties van ATT en Verizon.

Kortom, er zijn veel verschillende LPWA-opties die er zijn. Als je kant-en-klare technologie voor eigen gebruik wilt, ga dan naar Symphony Link. Het is de meest geavanceerde LPWA-technologie die beschikbaar is, buiten LTE-M om.

Wilt u meer weten, download dan onze whitepaper over LPWA-technologieën: