LPWA-Netzwerktechnologie

Low-Power-Wide-Area-(LPWA-)Netzwerke sind der neue Liebling in der Wireless-Community. Aber was genau LPWA ist und was nicht, kann verwirrend sein. Hier untersuchen wir einige der Technologien und Unternehmen, die in diesem Bereich aktiv sind.

Der Hauptgrund der LPWA-Technologie ist der Wunsch, IOT-Sensoren ohne Mobilfunkkosten (aber behalte diesen Gedanken), den Stromverbrauch oder die Bereitstellungskomplexität von WLAN oder die Reichweitenbeschränkungen von Bluetooth mit dem Internet zu verbinden.

Entgegen der Meinung einiger Leute sind LPWA-Technologien nicht wirklich „low power“ in dem Sinne, dass sie effizienter als andere übertragen. Tatsächlich benötigen LPWA-Sender 10x oder mehr der Sendeleistung als Bluetooth. Der Name "Low Power" kommt wirklich von der Systemarchitektur, die es Geräten ermöglicht, zu 99% der Zeit zu schlafen. Wenn der Ruhestrom (Schlaf) nur wenige Mikroampere beträgt, sind viele Jahre Batterielebensdauer möglich.

Der „Wide Area“-Teil des Namens könnte genauer als „High Link Budget“ beschrieben werden. "Low Idle Current, High Link Budget" hat jedoch nicht den gleichen Klang. Der große Verbindungsspielraum von LPWA-Geräten ist im Allgemeinen das Ergebnis von Verbesserungen der Empfangsempfindlichkeit an beiden Enden der Verbindung. Dies ist ein Produkt sehr niedriger Datenraten und Verbesserungen bei der kreativen Verarbeitung.

Die letzte Innovation bei den LPWA-Technologien ist der Mehrfachzugriff. Das bedeutet nur, dass viele Geräte gleichzeitig auf das Gateway zugreifen können. Jede Technologie hat eine etwas andere Methode, dies zu tun.

Also, für jede Technologie werden wir abdecken

• Wie wird eine hohe Empfangsempfindlichkeit erreicht?
• Was ist das Mehrfachzugriffsschema?
• Was sind die Stärken?
• Was sind die Schwächen?
• Was ist das Geschäftsmodell?

Mit Geschäftsmodell meine ich, wie verdienen die Anbieter jeder Technologie Geld und wie gehen sie auf den Markt. Dies ist wichtig zu verstehen, da einige Unternehmen nur Netzwerke bereitstellen, andere Technologien verkaufen und einige von beidem ein wenig tun.

SIGFOX

Sigfox, im reifen Alter von ca. 7 Jahren, ist der Urvater des LPWA-Raumes. Sie waren die Pioniere bei der Schaffung des Marktes. Sie sind ein Netzwerkanbieter (in den USA) und ein Technologieanbieter für Netzbetreiber in anderen Märkten.

Wir haben in der Vergangenheit einiges über die Sigfox-Technologie behandelt, aber als Überblick:

• Sigfox verwendet eine große Basisstation mit einem FPGA-Channelizer, um DPSK-Übertragungen mit niedriger Bitrate über Hunderte potenzieller Kanäle zu erkennen.
• Endknoten übertragen blindlings dieselbe Nachricht dreimal auf 3 verschiedenen Frequenzen, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass die Nachricht empfangen wird.
• Downlink ist theoretisch möglich, aber sehr eingeschränkt, da die Basisstation immer dann, wenn sie sendet, nicht in der Luft ist, was das Risiko erhöht, Verkehr zu verpassen.
• Diese einfache Technologie ermöglicht die Verwendung einer Vielzahl verschiedener HF-Transceiver, sodass Kunden mehrere Bezugsquellen haben.
• Die Anwendungsfälle müssen im IOT zu den einfachsten gehören, da pro Übertragung nur 12 Byte Nutzlast zur Verfügung stehen.
• Dinge wie Firmware-Updates oder Steuerungsanwendungen sind mit Sigfox nicht möglich.
• Aufgrund der FCC-Time-on-Air-Limits (400 ms) hat Sigfox in den USA ein um etwa 9 dB schlechteres Link-Budget, was in Kombination mit höheren Interferenzpegeln im 900-MHz-Band bedeutet, dass die Netzwerkleistung in die USA sind für Sigfox bei weitem nicht so gut wie in Europa.

WAVIOT

• WAVIOT ist ein russisches Unternehmen, das eine Technologie verwendet, die fast identisch mit Sigfox ist.
• Ein Unterschied besteht darin, dass sie keine Netzwerke anbieten, sondern nur Technologie.
• Im Gegensatz zu Sigfox kann jeder WAVIOT-Geräte kaufen, um eine Lösung zu entwickeln.
• WAVIOT bietet ein gehopftes Signal, mit dem ihr Link-Budget das von Sigfox für FCC/US-basierte Anwendungen übersteigen kann
• WAVIOT-Basisstationsausrüstung ist aufgrund des großen FPGAs, der zur Implementierung aller DPSK-Kanäle benötigt wird, kostspielig.

LoRaWAN

• Wie Link Labs basiert LoRaWAN auf der LoRa-Physical-Layer-Technologie, jedoch ist das Symphony Link-Protokoll von Link Labs sehr unterschiedlich und bietet viele erweiterte Funktionen, die LoRaWAN nicht bietet.
• LoRa bietet am Endknoten eine viel bessere Empfangsempfindlichkeit als Sigfox und somit ist das Linkbudget ausgeglichener.
• Wie Sigfox ist LoRaWAN ein asynchroner Zugriff im Aloha-Stil, daher gelten für LoRaWAN dieselben Einschränkungen bezüglich des Downlinks wie bei Sigfox.
• Lesen Sie hier mehr über Überlegungen zu LoRaWAN.
• Das Geschäftsmodell von LoRaWAN ist kompliziert, da LoRa von Semtech verkauft wird, das Protokoll jedoch von der LoRa Alliance entwickelt wird und eine Handvoll Netzbetreiber ebenfalls auf LoRa basierende Carrier-Netzwerke pilotieren.
• Trägernetzwerke und private Bereitstellungen von LoRaWAN stören sich gegenseitig.

LTE-M1

• Diese LTE-Kategorie ermöglicht Geräte, die so energieeffizient sind wie LoRaWAN oder Sigfox, aber die Raffinesse und Datenrate von LTE aufweisen können. Lesen Sie hier mehr darüber, wie LTE-M1 die Leistungsprofile gegenüber dem herkömmlichen Mobilfunk verbessert.
• Wenn Sie LTE-M verwenden, müssen Sie natürlich einen Netzbetreiber bezahlen.
• Geräte in Mobilfunkanbietern zu zertifizieren kann kostspielig sein.
• LTE-M1-Netze werden in den USA erst 2017 bereitgestellt.
• LTE-M-Preise werden mit denen von Sigfox konkurrieren (ich wette).

NB-IOT

• NB-IOT (auch bekannt als LTE-M2) ist eine weitere 3GPP-Technologie, die kürzlich fertiggestellt wurde.
• Obwohl es technisch nicht Teil des LTE-Protokolls ist (wie LTE-M1), kann es in maskierten LTE-Ressourcenblöcken oder in Schutzbändern eingesetzt werden.
• Es wurde so konzipiert, dass es in alte GSM-200-kHz-Spektrumblöcke passt, und viele Betreiber in Europa und Asien werden es wahrscheinlich für IOT-Geräte einsetzen.
• In gewisser Weise hat Sigfox NB-IOT entwickelt, indem es den Netzbetreibern gezeigt hat, dass es ein gutes Geschäft mit IOT-Geräten gibt.
• NB-IOT liegt etwa ein Jahr hinter LTE-M1 zurück, daher werden die Netze wahrscheinlich nicht vor Ende 2017 oder 2018 fertig sein.
• Es gelten dieselben Überlegungen zur Zahlung eines Netzbetreibers und zur Gerätezertifizierung.

Ingenu

• Ingenu ist ein umbenannter Onramp Wireless. Sie verfügen über ihre eigene 2,4-GHz-DSSS-Technologie und stellen damit Netzwerke bereit.
• Es hat ein großartiges Link-Budget, aber das DSSS-Modem am Endpunkt ist beispielsweise im Vergleich zu LoRa ziemlich stromhungrig.
• Stellen Sie sich diese in gewisser Weise wie LTE-M oder NB-IOT vor, da sie „nur“ ein IOT-Netzwerkanbieter sind. Die Technologie ist nicht so wichtig wie das Netzwerk.
• Sie werden zum jetzigen Zeitpunkt nur in einer Handvoll Städte eingesetzt.
• Es wird Spaß machen zu sehen, ob sie angesichts der riesigen LTE-M-Rollouts von ATT und Verizon bestehen können.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es viele verschiedene LPWA-Optionen gibt. Wenn Sie Standardtechnologie für Ihren eigenen Gebrauch wünschen, sehen Sie sich Symphony Link an. Es ist die fortschrittlichste verfügbare LPWA-Technologie außerhalb von LTE-M.

Wenn Sie mehr erfahren möchten, laden Sie bitte unser Whitepaper zu LPWA-Technologien herunter: