Low-Power, Wide-Area (LPWA) Netwerken: Een Uitgebreid Overzicht

Low-Power, Wide-Area (LPWA) netwerken zijn uitgegroeid tot de toonaangevende oplossing voor het verbinden van IoT-apparaten. De terminologie kan echter verwarrend zijn. Dit artikel beoordeelt de belangrijkste LPWA-technologieën en de bedrijven erachter.

LPWA streeft ernaar IoT-sensoren met het internet te verbinden terwijl cellulaire kosten, Wi‑Fi-stroomverbruik en Bluetooth's beperkte bereik vermeden worden.

Hoewel LPWA-apparaten meer stroom verbruiken tijdens transmissie dan Bluetooth - vaak tienvoudig - verwijst 'laagstroom' naar hun architectuur, die hen in staat stelt om meer dan 99% van de tijd te slapen. Met idle-stroom gemeten in microamps, kunnen veel systemen jaren draaien op een enkele batterij.

'Breed-bereik' duidt preciezer op een hoge link-budget. LPWA's indrukwekkende bereik resultaat uit verbeterde ontvangstgevoeligheid aan beide uiteinden, mogelijk gemaakt door zeer lage datasnelheden en geavanceerde processing-gain technieken.

Multiple-access schema's stellen talrijke apparaten in staat om dezelfde gateway gelijktijdig te delen, hoewel elke LPWA-technologie een distincte benadering hanteert.

We onderzoeken elke technologie op basis van:

• Hoge ontvangstgevoeligheid bereiken.
• Het multiple-access schema.
• Belangrijkste sterktes.
• Belangrijkste zwaktes.
• Het businessmodel.

Het businessmodel begrijpen is cruciaal - sommige bedrijven leveren netwerken, anderen verkopen technologie, en sommige doen beide.

Sigfox

Sigfox, nu bijna een decennium oud, was de pionier van de LPWA-markt. In de Verenigde Staten opereert het als netwerkprovider, terwijl het in andere regio's technologie aan carriers levert.

• Zijn basestations gebruiken een FPGA-gebaseerde channelizer om laag-bitrate DPSK-transmissies over honderden potentiële kanalen te detecteren.
• Eindknooppunten herhalen hetzelfde 12-byte bericht drie keer op drie distincte frequenties, wat de kans op succesvolle ontvangst vergroot.
• Downlink is theoretisch mogelijk, maar beperkt omdat de basestation off-air moet zijn tijdens transmissie, wat de kans op gemist verkeer verhoogt.
• De eenvoud van het protocol staat een verscheidenheid aan RF-transceivers toe, wat klanten meerdere leveringsopties geeft.
• Use cases zijn beperkt tot zeer simpele IoT-payloads, aangezien elke transmissie slechts 12 bytes draagt.
• Firmware-updates of controle-applicaties zijn niet haalbaar via Sigfox.
• In de Verenigde Staten, verminderen FCC time-on-air limieten (400 ms) Sigfox's link-budget met ongeveer 9 dB vergeleken met Europa, en hogere interferentie in de 900 MHz band degradeert prestaties verder.

WAVIOT

• WAVIOT, een Russisch bedrijf, biedt technologie die vrijwel identiek is aan Sigfox maar levert geen netwerkdiensten.
• In tegenstelling tot Sigfox, kan elke klant WAVIOT-hardware kopen om een private oplossing te bouwen.
• De technologie gebruikt een gehopt signaal dat het een hogere link-budget geeft dan Sigfox voor FCC-compliant US-toepassingen.
• Basestation-apparatuur is duur omdat het een grote FPGA vereist om alle DPSK-kanalen te implementeren.

LoRaWAN

• LoRaWAN bouwt op de LoRa-fysieke laag, terwijl concurrenten zoals Link Labs' Symphony Link een ander protocol implementeren met geavanceerde features.
• LoRa biedt superieure ontvangstgevoeligheid aan het eindknooppunt, wat resulteert in een meer gebalanceerd link-budget vergeleken met Sigfox.
• Net als Sigfox, gebruikt LoRaWAN een asynchroon, Aloha-stijl toegangsschema, wat vergelijkbare downlink-beperkingen oplegt.
• Voor diepere inzichten, lees onze LoRaWAN-overwegingen gids.
• Het businessmodel is complex: Semtech verkoopt de LoRa PHY, de LoRa Alliance ontwikkelt het protocol, en verschillende operators testen carrier-grade netwerken.
• Carrier en private LoRaWAN-implementaties kunnen met elkaar interfereren.

LTE‑M1

• LTE‑M levert de stromefficiëntie van LoRaWAN of Sigfox terwijl het LTE-grade datasnelheden en feature-sets biedt. Leer hoe LTE‑M stroomprofielen verbetert in onze LTE‑M-stroomgids.
• LTE‑M gebruiken vereist een abonnement op een cellulaire operator.
• Apparaatcertificering op carriernetwerken kan duur zijn.
• LTE‑M1-netwerken waren gepland voor US-rollout in 2017.
• Prijzen worden verwacht competitief met Sigfox te zijn.

NB‑IoT

• NB‑IoT (ook bekend als LTE‑M2) is een 3GPP-technologie recent gefinaliseerd, distinct van LTE‑M1 maar implementeerbaar binnen LTE-spectrum of in guard-banden.
• Het was ontworpen om te passen in legacy GSM 200 kHz-blokken, en veel Europese en Aziatische operators plannen het voor IoT te deployen.
• Sigfox's marktbewijs hielp carriers het zakelijke potentieel voor NB‑IoT te zien.
• NB‑IoT loopt LTE‑M1 ongeveer een jaar achter; netwerken worden verwacht late 2017 of 2018.
• Net als LTE‑M1, vereist NB‑IoT gebruiken betalen aan een carrier en apparaatcertificering verkrijgen.

Ingenu

• Ingenu, voorheen Onramp Wireless, opereert zijn eigen 2.4 GHz DSSS-netwerk.
• Zijn link-budget is sterk, maar de DSSS-eindpunt-modem verbruikt meer stroom dan LoRa-gebaseerde oplossingen.
• Ingenu's focus is op het zijn van een IoT-netwerkprovider in plaats van een zuivere technologie-leverancier, vergelijkbaar met LTE‑M of NB‑IoT.
• Zijn netwerk is geïmplementeerd in slechts een paar steden tot nu toe.
• Het zal interessant zijn te zien hoe Ingenu presteert tegen grote LTE‑M-rollouts van carriers zoals AT&T en Verizon.

Samenvattend, biedt het LPWA-landschap een reeks opties. Voor off-the-shelf technologie, overweeg Symphony Link, wat de meest geavanceerde LPWA-oplossing blijft buiten LTE‑M.

Download onze whitepaper voor een diepere duik in LPWA-technologieën: