Wat is een draadloos sensornetwerk met laag vermogen?

Technologische vooruitgang heeft het gemakkelijker gemaakt om gegevens thuis, in magazijnen en op productievloeren en in steden te verzamelen. Omdat deze gegevens worden verzameld en geïnterpreteerd, kunnen besluitvormers er nu zinvol gebruik van maken. Deze stappen zijn het creëren van wat het Internet of Things (IoT) wordt genoemd, het Internet of Everything (bedankt Cisco!), Of zoals het vroeger heette, Machine to Machine (M2M) communicatie. Stadsbestuurders, bedrijven en burgers zijn (en zullen) de begunstigden zijn van informatie die uit deze datastromen ontstaat. Maar in de overgrote meerderheid van de gevallen hebben de mensen die toegang tot deze gegevens wilden hebben deze niet kunnen krijgen. Tot op heden zijn bestaande oplossingen te beperkt in netwerkdekking, hebben ze te veel stroom nodig, of beide. Deze situatie verandert echter snel met de creatie van draadloze sensornetwerken met een laag vermogen. Nu kunnen al deze gegevens worden verzameld en gegeven aan de mensen die het nodig hebben.

Om te begrijpen wat een draadloos sensornetwerk met laag vermogen is en hoe het werkt, hebben we dit artikel samengesteld. Het geeft antwoord op de belangrijkste vragen:waar komen al deze gegevens vandaan en hoeveel energie wordt er gebruikt om ze te krijgen? Om te beginnen doen we een stap terug en beschrijven we wat een draadloos sensornetwerk is, zodat we allemaal op dezelfde lijn zitten.

Draadloze sensornetwerken (WSN)

Een draadloos sensornetwerk (WSN) is een groep ruimtelijk verdeelde, onafhankelijke apparaten die gegevens verzamelen door fysieke of omgevingscondities te meten. Enkele van de gemeten omstandigheden zijn:temperatuur, druk, vochtigheid, positie, gebruiksinformatie, verlichting en geluid. Deze metingen, in de vorm van gegevens, worden via het netwerk doorgegeven, verzameld en georganiseerd en vervolgens aan de eindgebruiker geleverd. WSN's worden al voor veel toepassingen gebruikt, zoals bewaking en besturing van industriële processen, besturing van elektriciteitssystemen en monitoring van de menselijke gezondheid.

Traditioneel hebben deze WSN's veel stroom nodig om te functioneren, maar het verminderen van de stroombehoefte van het systeem verlengt de levensduur van de sensorapparaten en creëert ruimte voor batterijgevoede toepassingen. Apparaten op batterijen maken uiteenlopende gebruiksscenario's mogelijk en openen mogelijkheden voor toepassingen met een lager ROI. Dit is waar laag vermogen draadloze sensornetwerken kom binnen.

Low Power draadloze sensornetwerken

De sleutel tot een langere levensduur van WSN is het ontwerpen van draadloze sensor netwerken die het stroomverbruik van apparaten met draadloze sensoren . minimaliseren , vandaar de naam "laag vermogen". Om het algehele stroomverbruik te verminderen, regelen draadloze sensornetwerken met laag vermogen de actieve tijd of "wakkertijd" van de apparaten (zoals een radio of microcontroller) en beperken ze de stroomafname wanneer ze "slapen". Deze netwerken bereiken dit door de energie-instellingsmodi van de apparaten te variëren, zoals "altijd aan", "stand-by" of "sluimerstand".

Denk bijvoorbeeld aan een eenvoudige externe temperatuursensor die gegevens over een lange periode verzamelt. In de "actieve" modus gebruikt het apparaat stroom om temperatuurmetingen te doen en gegevens te manipuleren met behulp van een geavanceerd ruisfilterend algoritme, maar het apparaat hoeft dit niet constant te doen. Als de microcontroller niet in de actieve modus is, kan hij terugkeren naar de slaapmodus totdat er meer monstermetingen zijn gedaan. Vervolgens zullen de Real-Time Clock and Calendar (RTCC) met regelmatige tussenpozen uit de slaapstand ontwaken om te zien of er nog een taak uit te voeren is. Als dat niet het geval is, gaat hij weer in slaapstand, waardoor stroom wordt bespaard. Wanneer de hoeveelheid tijd die de microcontroller aan het draaien besteedt, slim wordt beheerd en gecontroleerd, wordt het totale energieverbruik drastisch verminderd.

Een ideaal gebruiksscenario voor draadloze sensornetwerken met een laag vermogen is in 'smart city'-toepassingen. Netwerktechnologie met laag vermogen is optimaal voor het bewaken van de toestand van zaken als parkeren, straatverlichting, verkeersregeling, gemeentelijke transportsystemen (bussen), sneeuwploegen, afvalinzameling en openbare veiligheid. Gegevens worden verzameld van deze apparaten en vervolgens geïnterpreteerd in zinvolle informatie in een formaat dat stadsmedewerkers in staat stelt weloverwogen beslissingen te nemen over het toewijzen van middelen en het leveren van diensten. In veel gevallen kan van tevoren op veranderende omstandigheden worden gereageerd en geautomatiseerd, wat resulteert in een 'slimme stad'.

Wie bouwt WSN's met laag vermogen?

Er zijn verschillende draadloze machine-to-machine (M2M) bedrijven die krachtige draadloze sensornetwerken met laag vermogen bouwen. Hier zijn er een paar:

SIGFOX

SIGFOX Ready™-modems werken met een laag zendvermogen en zonder continue netwerksynchronisatie, wat resulteert in winst in energie-efficiëntie en jarenlange functionaliteit. Het typische stroomverbruik van een SIGFOX Ready™-modem varieert van 20 mA tot 70 mA en ze verbruiken bijna niets als ze inactief zijn. Op dit moment gebruikt SIGFOX alleen een uplink-netwerk, en ze ontwikkelen een bidirectionele functie van de volgende generatie, maar hun onderliggende technologie betekent dat de downlink geen symmetrische link zal hebben.

Lineaire technologie

Een ander bedrijf dat WSN met laag vermogen gebruikt, is Dust Networks, onderdeel van Linear Technology. Hun SmartMesh IP- en SmartMesh WirelessHART-producten zijn ontworpen voor zware industriële omgevingen die een laag stroomverbruik, betrouwbaarheid en schaalbaarheid vereisen, en zijn zeer geschikt voor algemene industriële toepassingen.

OnRamp draadloos

OnRamp Wireless boekt ook vooruitgang met hun RPMA-netwerk met laag vermogen. Dit netwerk maakt communicatie mogelijk voor zowel residentiële als commerciële meting, en kan slimme meetmogelijkheden ondersteunen op dezelfde netwerkinfrastructuur die netwerkautomatisering ondersteunt, en dit alles met gebruikmaking van energie-efficiëntie.

Activiteit

Actility heeft ook een voet tussen de deur. Actility's end-to-end M2M-service, ThingPark Wireless, biedt een bidirectioneel netwerk met laag vermogen dat dekking mogelijk maakt over een bereik van 2-5 km in dichtbevolkte stedelijke gebieden en tot 15 km voor landelijke toepassingen.

Link Labs

Link Labs bouwt zijn draadloze sensornetwerken met laag vermogen. Met toonaangevende gevoeligheid en stroomverbruik, een flexibele protocolstack en symmetrische uplink en downlink, is het energiezuinige draadloze sensornetwerk van Link Labs een ideaal platform voor alles, van parkeer- en watermeters tot straatverlichting en het volgen van activa.

Conclusie

Een draadloos sensornetwerk met laag vermogen is een goedkopere oplossing voor het overbrengen en verzamelen van gegevens in de IoT-ruimte. Door het energieverbruik van externe apparaten te besparen en te beperken, openen draadloze netwerken met een laag vermogen ruimte voor een verscheidenheid aan nieuwe toepassingen in het IoT-ecosysteem. Door een beter begrip van de energiebeheerfuncties van WSN met laag vermogen, zijn ingenieurs goed op weg om groene, energiezuinige draadloze oplossingen te ontwikkelen. Door naar onze klanten te luisteren en een flexibele oplossing te bieden via het Wide Area Low Power Protocol, Symphony Link, loopt Link Labs voorop in het ontwikkelen van draadloze sensornetwerken met een laag vermogen.