Was ist schwerelos?

Was ist schwerelos?

Weightless ist einer von vielen praktikablen Playern im Bereich Low Power Wide Area Networks (LPWAN). Die Weightless Special Interest Group (SIG) bietet drei verschiedene Protokolle – Weightless-N, Weightless-W und Weightless-P – die unterschiedliche Modalitäten und Anwendungsfälle unterstützen. Im Folgenden werden wir jedes dieser Protokolle vorstellen und diskutieren, einige Vorteile und Überlegungen untersuchen und einige Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen Weightless und seinen Konkurrenten im LPWAN-Bereich betrachten.

Die Schwerelosen Standards

Der Schwerelos-W-Standard

Dieser offene Standard Weightless-W wurde für den Betrieb im TV-White-Space-Spektrum (TVWS) entwickelt. Weightless-W ist ein Ableger dessen, was Neul zu entwickeln versuchte, bevor sie von Huawei übernommen wurden. Die Verwendung von TVWS ist theoretisch attraktiv, da sie ein gutes Ultrahochfrequenz-(UHF-)Spektrum nutzt, das sonst nicht verwendet wird. In der Praxis kann es jedoch ziemlich schwierig sein. Zum einen variieren die Regeln und Vorschriften für die Nutzung von TVWS für das IoT, und es ist nicht überall verfügbar. Außerdem sind Endknoten normalerweise nur für den Betrieb in einem kleinen Teil des Spektrums ausgelegt, und es ist einfach unmöglich, eine kleine Antenne zu bauen, die zwischen 400 mHz und 800 MHz reicht. In einer Stadt steht Ihnen möglicherweise ein 500-MHz-Kanal zur Verfügung, in einer anderen ein 700-MHz-Kanal, und das HF-System kann sich nicht an beide anpassen (Antennen, Frontends usw.). Daher klingt TVWS in der Theorie gut, kann aber in der Anwendung fehlen.

Abgesehen von TVWS verwendet die Weightless-Gruppe eine Menge ziemlich ausgeklügelter Modulation für den Weightless-W-Standard, einschließlich Quadraturamplitudenmodulation (QAM) mit Spreizcodes, die eine große Bandbreite an Linkbudgets ermöglichen. Zusammen bieten diese Modulationen einen interessanten Service Layer mit wirklich hohen Datenraten, was ihn zu einem sehr interessanten Standard macht.

Weightless-W ist ideal für den Einsatz im intelligenten Öl- und Gassektor, da wahrscheinlich TVWS verfügbar ist.

Der Weightless-N-Standard

Weightless-N ist ein ultraschmalbandiges System, das SigFox sehr ähnlich ist. Sie können es sich als eine auf der LoRa Alliance basierende Version von SigFox vorstellen. Anstatt ein komplettes End-to-End-gekapseltes System zu sein, besteht es aus einem Netzwerk von Partnern. Es verwendet den gleichen Modulationstyp – differentielles BPSK – in schmalen Frequenzkanälen und ist für Uplink-Sensordaten vorgesehen.

Nwave – ein IoT-Hardware- und Softwareentwickler – ist der Treiber hinter der Weightless-N-Linie. Einige der Nachteile von Nwave gegenüber beispielsweise einem LoRa-basierten System sind die Notwendigkeit des temperaturkompensierten Quarzoszillators (TCXO) und das relativ unausgeglichene Link-Budget. Dies kann problematisch sein, da Sie bis zur Basisstation eine viel höhere Empfindlichkeit erhalten als bis zum Endknoten. Diese Arten von Systemen müssen sich im Allgemeinen auf eine einfachere FSK-Downlink-Nachricht verlassen.

Weightless-N ist ideal für sensorbasierte Netzwerke, Temperaturmessungen, Tankfüllstandsüberwachung, Messung und mehr.

Der Schwerelos-P-Standard

Weightless-P – das voraussichtlich Anfang 2016 auf den Markt kommt – ist die neueste Weightless-Technologie. Es bietet bidirektionale Funktionen und Dienstqualitätsstufen, die unserer Meinung nach sehr wichtig sind. Technisch gesehen ist sein 12,5-kHz-Kanal relativ schmalbandig. Weightless verwendet Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK), das eine Standardmodulation ist, und Quadratur-Phasenumtastung (QPSK), die viel fortgeschrittener ist. Im Gegensatz zu Weightless-N und -W benötigt Weightless-P aufgrund des Breitband-MSK keinen TCXO.

ubiik – ein Unternehmen für industrielle IoT-Technologie – hat sich bei der Entwicklung von Weightless-P als führend herausgestellt. Die Reichweite von Weightless-P wird derzeit mit rund zwei Kilometern angegeben und dürfte im Gegensatz zu Weightless-N für Weitverkehrsnetze nicht geeignet sein. Dies liegt daran, dass die Empfängerempfindlichkeit eines 12-kHz-Minimum-Shift-Keying-Kanals (MSK) nicht annähernd der eines schmalen BPSK-Kanals entspricht.

Weightless-P ist ideal für private Netzwerke, anspruchsvollere Anwendungsfälle und Dinge, bei denen sowohl Uplink-Daten als auch Downlink-Steuerung wichtig sind.

Vorteile und Überlegungen

Kosten, Kapazität und Oszillation

Die Basisstation für Schmalbandsignale ist bei Weightless-Protokollen komplexer, da sie auf Software Defined Radio (SDR)-Hardware basiert. Dies erzeugt Hunderte bis Tausende von kleinen binären Phasenumtastungs-(BPSK)-Kanälen. Dadurch können Sie viel Kapazität aus der Architektur herausholen, aber es entsteht eine teurere Basisstation.

Die Weightless-N-Endknoten können auch teurer sein, da sie anstelle eines einfachen Quarzes einen temperaturkompensierten Quarzoszillator (TCXO) benötigen. Der TCXO ist erforderlich, damit die Frequenz bei Temperaturschwankungen am Endknoten stabil bleibt und nicht driftet. LoRa hingegen verzeiht schlechte Oszillatoren (oder Kristalle mit viel Drift).

Reichweite

Die Reichweiten von Weightless-N und Weightless-W betragen im urbanen Umfeld rund fünf Kilometer. Sie benötigen ein positives Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), um diese Signale zu erkennen, aber in kleinen Kanälen ist das Rauschen viel geringer, was diese Art von Reichweite ermöglicht. Codierte Signale mit Verarbeitungsverstärkung benötigen im Allgemeinen einen breiteren Kanal, haben also einen höheren Rauschpegel, aber Sie können Signale erkennen, die unterhalb des Rauschpegels liegen, was zu anderen Vorteilen führt. Weightless-P bietet eine Reichweite von rund zwei Kilometern.

Offener Standard

Laut der Weightless-Gruppe „ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Technologie ein offener globaler Standard und keine proprietäre Technologie ist, um niedrige Kosten und ein geringes Risiko zu gewährleisten und die Auswahl der Benutzer und fortlaufende Innovation zu maximieren.“

Wir glauben zwar, dass Standards wichtig sind, aber das Wichtigste ist, Kunden auf den Markt zu bringen. Egal, ob Sie Weightless, SigFox, LoRa, Symphony Link oder LoRaWAN verwenden, das Wichtigste im Moment ist es, eine End-to-End-Lösung auf den Markt zu bringen.

Vergleiche

Schwerelos-N vs. SigFox

Weightless-N und SigFox sind aus technologischer Sicht ähnlich, aber aus Sicht der Markteinführung sehr unterschiedlich. Schwerelos ist ein Standard, daher liegt es an einem anderen Unternehmen, eine IoT-Lösung darum herum zu entwickeln. (Wie bereits erwähnt, ist N-Wave führend in diesem Bereich und verkauft eine Menge Hardware für Weightless-N an Unternehmen, die versuchen, ein Weightless-Netzwerk aufzubauen.) Auf der anderen Seite bietet SigFox ein komplettes Out-of-the- -Box-Lösung.

Schwerelos vs. LoRa &LoRaWAN

Schwerelos und LoRa bieten aus technologischer Sicht ganz unterschiedliche Mittel zum Zweck. Aber funktional sind sich LoRaWAN und Weightless-N sehr ähnlich, insbesondere weil es sich bei beiden um Uplink-fokussierte Datensysteme handelt.

Wenn LoRa für einen Benutzer nicht attraktiv ist, weil das Funksilikon ausschließlich von Semtech bezogen wird, ist Weightless eine gute Alternative zu etwas, das auf einem verfügbaren Standard basiert. Die Herausforderung für Ingenieure oder Unternehmen besteht darin, zu bestimmen, wie ein IoT-System darauf aufgebaut werden kann.

Schwerelos-P vs. Symphony Link

Link Labs und Weightless-P verfolgen mit ihren Standards Symphony Link und Weightless-P beide sehr ähnliche Anwendungsfälle, wie private Netzwerke. Die Reichweitenleistung von Symphony Link ist wohl besser, da LoRa anstelle von MSK verwendet wird.

Ehrlich gesagt wissen wir nicht so viel über Weightless, wie wir gerne würden – und wir sind wirklich daran interessiert, mehr zu erfahren. Wenn Sie ein Experte auf diesem Gebiet sind, setzen Sie sich mit uns in Verbindung, denn wir würden gerne einige Lücken ausfüllen und mehr erfahren.

Zusammenfassung

Wir hoffen, dieser Artikel hat Ihnen bei der Beantwortung der Frage „Was ist Schwerelos?“ geholfen. Wenn Schmalbandlösungen für Sie attraktiv sind, ist Weightless-N sicherlich eine Technologie, die Sie in Betracht ziehen sollten. Wenn Sie wissen, dass auf Ihrem Markt TVWS verfügbar sein wird, ist Weightless-W wirklich interessant und einen Blick wert. Weightless-P sieht auch wie ein aufregendes neues LPWAN-Protokoll aus, und wir werden seine Einführung im Jahr 2016 beobachten. Der einzige Vorbehalt:Uns ist unklar, wie viel von Weightless um Standardisierung geht und wie viel es darum geht, die Agenda voranzutreiben eines bestimmten Anbieters über einen anderen. Dies ist in Open-Standard-Organisationen immer ein Risiko und sollte daher sorgfältig abgewogen werden.