GoodWAN

Энергоэффективность LPWAN
#энергоэффективность #датчики
Часто в интернете можно увидеть следующую картинку, с утверждением, что:
«Любые существующие беспроводные технологии передачи данных обладают такими характеристиками как дальность, скорость и энергоэффективность. Причем одновременно можно соответствовать лишь 2-м из 3-х. Технология LPWAN обеспечивает энергоэффективную передачу данных на большие расстояния.»

График "Энергоэффективность, дальность и скорость"

Сразу возникает вопрос: “Неужели GSM и LTE – энергетически не эффективны? “

Тут явно смешаны понятия затратность и эффективность. Увеличение дальности всегда требует увеличения затрат энергии, что влечет за собой уменьшение скорости передачи при фиксированной мощности передатчика. Увеличение битной скорости в 2 раза -

- в 2 раза уменьшает площадь покрытия шлюза в открытом пространстве.

В LPWAN необходимо передать информацию на большое расстояние, но, при этом, максимально эффективно расходуя энергию (работаем от батарейки) – т.е. энергоэффективно.

Под энергоэффективностью LPWAN понимается эффективность расходования батарейки конечным устройством на передачу единичного сообщения на расстояние до шлюза.

Энергоэффективность LPWAN обеспечивается двумя ключевыми техническими параметрами системы:

1. Качеством приемника шлюза;
2. Количеством служебных бит на одно информационное сообщение.

Из ограничения Шеннона следует, что максимальная дальность связи, при прочих равных условиях, пропорциональна энергии бита информации и не зависит от типа модуляции. Это значит, что, улучшая характеристики радиоканала, мы можем только приблизиться к физическому пределу, но не более. Большая дальность передатчика LoRa реализуется за счет именно медленной передачи информации, а тип ее модуляции только позволяет это технически просто реализовать.

Второй параметр энергоэффективности зависит от используемого радио протокола, который должен обеспечить минимально необходимую долю служебной информации в каждом сообщении.

Энергоэффективность LPWAN = качественный приемник + минимальная длина посылки.

Для создания энергоэффективной LPWAN системы необходимы:

Качественный приемник, обеспечивающий максимальную чувствительность, помехозащищенность и динамический диапазон в реальных условиях эксплуатации;
Качественный протокол связи, обеспечивающий минимальную долю служебной информации на каждое полезное сообщение.
Если не обеспечить необходимое качество приемника шлюза, то для обеспечения такой же дальности связи, придется увеличивать энергию сообщения в эфире (увеличить мощность или время передачи), что уменьшит энергоэффективность.

При разработке LPWAN протоколов идет битва за каждый лишний бит в поле информационного сообщения. Чем меньше служебной информации, чем короче сообщение, тем более энергоэффективным будет радио протокол, и при этом нельзя забывать про надежность и безопасность.

Энергоэффективность безлицензионного LPWAN обеспечивается за счет использования максимально возможных коротких сообщений, что дает следующие преимущества:

· Увеличение дальности за счет уменьшения скорости передачи;

· Увеличение срока службы батарейки за счет сокращения времени в эфире;

· Увеличение пропускной способности за счет сокращения длины сообщения;

· Повышенная помехозащищенность коротких сообщений.

Протокол GoodWAN проектировался именно с учетом обеспечения максимально возможной энергоэффективности при дальности работы заведомо не хуже, чем у SigFox или LoRaWAN и позволяет отправить как минимум вдвое больше информационных сообщений от одной батарейки.

Подкаст от GoodWAN и РоссельхозБанка про использование датчиков интернета вещей в сельском хозяйстве
Тайм-коды в комментариях
#интернетвещей, #датчики, #сельскоехозяйство, #подкаст, , #россельхозбанк

Цифровая грядка. Применение IoT в сельском хозяйстве Смотри Цифровая грядка. Применение IoT в сельском хозяйстве просмотров видео 23. Цифровая грядка. Применение IoT в сельском хозяйстве видео онлайн бесплатно на Rutube.

#Важнейшийпараметр

Важнейшими параметрами LPWAN системы, определяющими дальность ее работы, являются чувствительность и, одновременно, динамический диапазон приемника шлюза, которые характеризуют способность приемника принимать слабые сигналы при наличии реальных шумов в эфире.

В рекламных проспектах производителей LPWAN систем часто обозначают как главное преимущество и основной аргумент большой дальности работы - беспредельно высокую чувствительность. Все ведущие производители LPWAN заявляют в первую очередь о высокой чувствительности приемника: LoRaWAN-137 dBm, а Waviot декларирует максимально достигаемую чувствительность приемника -148 dBm! Чаще всего это правда, но это значения, полученные на лабораторном столе, а испытания в реальных условиях вносят существенные корректировки.

В реальном радио-спектре часто наблюдаются большие внешние помехи. Помехи заметнее в пределах больших городов, особенно в безлицензионном диапазоне частот. На этих частотах работают брелоки автомобильных сигнализаций, кнопки открытия шлагбаумов, радионяни, модемы и множество других устройств и систем. На приемники LPWAN шлюзов также сильно влияют и другие расположенные рядом мощные внеполосные источники радиоизлучения – базовые станции сотовых операторов, радиорелейные станции и радиомодемы.

То, что идеально работает на столе, часто ведет себя совсем не так в реальных условиях. Тут на первое место начинает выходить другой важнейший параметр – динамический диапазон приемника шлюза.

Проще всего это проиллюстрировать следующим простым примером. Если в одном канале работают два передатчика одновременно, то слабый сигнал может быть подавлен более сильным.
Например, LoRaWAN приемник демодулирует сигналы с уровнем до 20 дб ниже уровня шума, но, если в 50 метрах от шлюза в прямой видимости будет работать какой-либо передатчик, то принять в этом же канале передатчик с такой же мощностью мы сможем на дальности уже не более 500 метров! Даже если эти передатчики LoRaWAN с разными спред факторами. То есть несмотря на возможность работы под шумами и ортогональностью сигналов LoRa с разными спред факторами, одновременная работа других датчиков в канале сильно ограничивает дальность работы системы в целом.
Немного лучше обстоит дело в случае UNB систем, таких как Sigfox, Стриж или Вавиот. Они декларируют возможность одновременного декодирования множества сигналов в полосе приема, но такая возможность определяется динамическим диапазоном UNB приемника по интермодуляции. Передатчик с мощностью 25 мВт, расположенный в 50 метрах в прямой видимости шлюза с коэффициентом усиления приемной антенны 6 db обеспечит уровень принимаемого на шлюзе сигнала около минус 45 dbm. Если значение динамического диапазона приемника равно 70 db, то одновременный прием слабого сигнала в канале будет ограничен уровнем минус 115 dbm. Это значительно меньше заявляемых минус 140÷148 dbm. Увеличение динамического диапазона UNB приемника достаточно технически сложная задача, обычно приводящая к его сильному удорожанию.

Эффекты, приведенные в данных примерах, могут быть незаметны при тестировании систем с малым количеством датчиков, но начнут себя явно проявлять в высоко нагруженных системах, когда дальность работы системы будет сильно уменьшаться при росте количества датчиков в системе. При 10 датчиках все работает прекрасно, а уже при 200 начинаются пропуски информации. Увеличение пропускной способности LoRaWAN за счет уменьшения спред фактора будет приводить к тому же эффекту.

Получается, что большая дальность работы LPWAN систем в реальных условиях обеспечивается не только высокой чувствительностью приемника, но и, одновременно, высоким динамическим диапазоном приемного тракта.

GoodWAN имеет большой опыт в области профессиональных радиосистем, в том числе UNB приемников. В своем шлюзе мы используем специально разработанный приемник с профессиональными характеристиками и относительно не высокой стоимостью. В базовой модели динамический диапазон приемника превышает 110 db. Шлюз может принимать более 800 000 сообщений в сутки на максимальной дальности. Это в разы превосходит пропускную способность шлюза LoRaWAN на максимальной дистанции при SF=12. Шлюз построен по принципу "включил и забыл". После включения питания он сам настраивается и не требует дополнительного ПО для управления, а также не нуждается в конфигурировании и профилактическом обслуживании.

#5лет #деньрождения
GoodWAN исполняется 5 лет

Вот уже 5 лет наши беспроводные датчики и другие устройства улучшают вашу жизнь. Они следят за уровнем наклона столбов, антенн и деревьев и подсказывают когда мусорные баки заполнены и их стоит вывезти, отслеживают уровень воды в канализации и сообщают, что крышки люков находятся на месте. Датчики температуры и влажности воздуха, качества воздуха, атмосферного давления - позволяют контролировать окружающую среду на улице и в разных помещениях. Профессиональные станции экологического мониторинга дают полную картину по множеству параметров и контролируют содержание опасных веществ в воздухе.

За эти пять лет мы разработали более 20 устройств, наши датчики используются более чем в 50 городах нашей страны компаниями из разных отраслей - ритейловыми, банками, промышленными и сельскохозяйственными предприятиями. Также наша продукция экспортируется в разные страны - Евразийского Экономического Союза, страны Европы, Ближнего Востока и Азии.

На базе нашей технологии создан предварительный открытый национальный стандарт OpenUNB. Продукция компании включена в реестр ТОРП - телекоммуникационного оборудования российского производства.

В 2021 году мы вошли в топ 100 мировых технологических стартапов по версии Slingshot ASIA.

Мы создали и запатентовали новые технологии которые врываются в нашу жизнь и делают её лучше.

#датчики #интернетвещей
LPWAN технологии представленные на рынке

В сегодняшней статье мы рассмотрим технологии на рынке IoT и выделим основные проблемы при их сравнении, а так же предложим системный подход к сравнению.

Самыми распространенными и известными LPWAN технологиями в мире, с принципиально различными подходами на сегодня являются: NB-IoT и LTE-M, LoRa, Sigfox, Link Labs, Weightless, Ingenu (RPMA) и многое другое.

NB-IoT. (Narrow Band Internet of Things) - беспроводная технология для Интернета вещей, реализуемая на базе инфраструктуры сотовых сетей и стандартизированная консорциумом 3GPP релизом 13: LTE-Advanced Pro. В создании релиза участвовали производители оборудования для сотовых операторов: Qualcomm, Ericsson, Huawei и Vodafone. В результате, 3GPP включила в релиз три конкурирующих между собой технологии, выбор которой отдан на откуп производителям чипов или сотовым операторам.

LTE-M. Основное различие между NB-IoT и LTE-M заключается в следующем: NB-IoT требует более узкого канала пропускной способности (200 кГц против 1,4 МГц), и устройства могут быть развернуты в нетрадиционных полосах, включая защитные полосы LTE, а также полосами, специфичными для IoT.

LoRa. LoRa Alliance является открытым, некоммерческим объединением, созданным для содействия развития технологий LPWAN на базе технологии LoRa. В нее входят около 400 компаний-членов по всей Северной Америке, Европе, Африке и Азии, а ее учредителями являются IBM, MicroChip, Cisco, Semtech, Bouygues Telecom, Singtel, KPN, Swisscom, Fastnet и Belgacom. LoRaWAN - это сетевой уровень открытого стандарта, управляемый Альянсом LoRa. Однако базовый чип для реализации полного стека LoRaWAN доступен только через Semtech.

Sigfox. Основанная в 2009 году, французская компания, штаб квартира находится в городе Лабеж, Франция. Благодаря успешным маркетинговым кампаниям в Европе Sigfox завоевал значительную популярность в сфере LPWAN. Использует UNB (Ultra Narrow Band) канал передачи информации в безлицензионном диапазоне частот.

Link Labs. Является членом LoRa Alliance и поэтому использует чип LoRa. Однако, вместо использования LoRaWAN, Link Labs создала проприетарный MAC-уровень (программное обеспечение) поверх чипов Semtech под названием Symphony Link.

Weightless Alliance - это глобальный некоммерческий альянс, посвященный постоянному развитию и инновациям технологии Weightless, открытого стандарта LPWAN для IoT. Компания использует - открытый стандарт, работающий в нелицензированном спектре с частотой менее 1 ГГц.
Существует три версии Weightless, которые служат различным целям:

Weightless-W : использует пустое пространство (неиспользуемый локальный спектр) в лицензированном телевизионном диапазоне.
Weightless-N : узкополосный протокол безлицензионного диапазона, созданный по технологии NWave, очень похожей на Sigfox.
Weightless-P : двунаправленный протокол, созданный по технологии Platanus от M2COMM (используется модуляция FDMA + TDMA в полосе 12,5 кГц).

Ingenu (RPMA). Работает в ISM‑диапазоне 2,4 ГГц. Ядром стандарта является множественный доступ со случайной фазой (RPMA — Random Phase Multiple Access), который представляет собой физический уровень PHY и подуровень управления доступом к среде MAC, разработанные компанией Ingenu.

GoodWAN. Российская компания основанная в 2017. Сотрудники имеют большой опыт разработки как профессиональных радиосистем, так и различных измерительных и охранных датчиков. Разработала свой LPWAN радио протокол c упором на максимальный срок жизни устройств от батарейки и информационную безопасность. Для достижения максимальной энергоэффективности отказалась от обратного канала связи. Физический уровень передачи информации ближе всего к Sigfox, но с использованием помехоустойчивого кодирования и частотной модуляции вместо фазовой, что дает более уверенный прием сигнала и выигрыш в потреблении конечного устройства. Алгоритмы защиты информации напоминают LoRaWAN протокол, но обеспечивают постоянную смену адреса устройства в сети. Предлагает не только технологию доставки информации от датчика, но полностью законченные решения оптимизированные для различного набора датчиков и кейсов применений.

В последнее время появилось много вариантов «light» LPWAN технологий, использующих NB канал. В этих технологиях, как правило, совмещается SDR-радио на базовой станции и современные NB радио-чипы на конечном устройстве. Также используются собственные протоколы синхронизации. По чувствительности они, как минимум, на 15-20 dB уступают классическим LPWAN. Также за LPWAN часто выдают различные решения, к LPWAN прямого отношения не имеющие, например, на основе 2G.

LPWAN технологии находятся только в начальной стадии развития. Технических специалистов в этой области очень мало, зато появилось много аналитических статей, обсуждающих перспективы развития. Откуда, в этом случае, аналитики берут свою информацию? Скорее всего из рекламы компаний разработчиков, мнений частных экспертов, результатов ограниченных тестов.

Для сравнения технологий часто используют сравнительные таблицы, при этом возникают следующие проблемы:
- Такие таблицы чаще всего рисует «заинтересованная» сторона и включает в них только удобные для себя параметры.
- Есть неоднозначно определяемые параметры – например «дальность работы системы». Если этот параметр вырвать из контекста, то можно писать любые значения, «что позволит совесть». Под дальностью работы производители обычно указывают какое-либо лучшее из полученных значений.
- Часто в таких таблицах указывается несколько несовместимых между собой параметров, которые не достижимы одновременно (например, максимальная чувствительность и максимальная скорость передачи), что приводит к ложным выводам.
- Не всегда возможно разделить ключевые и малозначимые параметры системы.

Компания GoodWAN предлагает системный подход к сравнению LPWAN технологий:
- Для чего (Задача);
- Что самое важное (Приоритеты);
- Как это сделано (Технология).

LPWAN появилась, чтобы решать конкретные проблемы людей и компаний в области интернета вещей. Сравнивать различные технологии между собой можно в задачах, которые они решают, имея хорошие знания в том, как они решают эти задачи.