Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial Internet of Things >> Teknologi Internet of Things

Jaringan Area Luas Daya Rendah (LPWA)

Daya rendah, teknologi jaringan area luas (LPWA; juga disebut sebagai LPWAN ) memungkinkan perangkat yang terhubung untuk berkomunikasi melalui area geografis yang luas dengan kecepatan bit yang rendah. Ini adalah istilah luas untuk berbagai teknologi yang digunakan untuk menghubungkan sensor dan pengontrol ke internet tanpa menggunakan WiFi atau seluler tradisional.

LPWA secara resmi dimulai melalui perusahaan Prancis bernama Sigfox . (Meskipun ada pendahulu untuk pengembangan ini, yang dapat Anda baca di sini.) Sigfox mengembangkan sistem telekomunikasi alternatif setelah menyadari bahwa kebutuhan perangkat Internet of Things (IoT) berdaya rendah dengan kecepatan data rendah tidak terpenuhi dengan baik oleh seluler jaringan. Teknologi seluler tradisional, yang digunakan untuk hal-hal seperti telepon pintar, mencakup area yang luas dan menghabiskan banyak energi; Perangkat IoT membutuhkan lebih sedikit daya untuk paket transmisi yang lebih kecil. Untuk mengatasi persyaratan perangkat M2M dan IoT dengan lebih baik, Sigfox menciptakan jenis teknologi jaringan baru dengan karakteristik berikut:

Teknologi Sigfox mengirimkan data dalam jumlah yang sangat kecil (12 byte) dengan sangat lambat (300 baud) menggunakan metode transmisi radio standar (pengetikan pergeseran fasa, DBPSK, peningkatan dan penguncian frekuensi, GFSK, penurunan). Jangkauan panjang dicapai sebagai hasil dari pesan yang sangat panjang dan sangat lambat. Sigfox mengkomersialkan solusi IoT miliknya dan sekarang memiliki serta mengoperasikan jaringan—terutama di Eropa—yang menggunakan teknologinya.

Saat ini, Sigfox bukan satu-satunya organisasi yang menciptakan teknologi LPWA. Aliansi LoRa mengembangkan LoRa , teknologi frekuensi radio lain yang menggunakan spektrum radio tanpa izin untuk memungkinkan komunikasi area luas dan berdaya rendah antar perangkat. LoRa didukung secara eksklusif oleh chip yang diproduksi oleh Semtech; berbeda dengan Sigfox yang menggunakan chirp spread spectrum dimana Sigfox menggunakan teknologi narrowband (atau ultra-narrowband). LoRa sendiri bukanlah solusi LPWA, tetapi LoRaWAN—spesifikasi protokol yang dibangun di atas teknologi LoRa—adalah.

Banyak perusahaan, termasuk Link Labs, telah memanfaatkan pertumbuhan pesat pasar LPWA dengan membangun teknologi yang lebih besar di atas chip LoRa, menemukan cara alternatif untuk menghubungkan perangkat IoT. Semua menemukan ceruk mereka sendiri dalam ruang LPWA. LoRaWAN dan Symphony Link adalah dua teknologi utama yang sedang dikembangkan dan diterapkan secara aktif.

Di bawah ini kita akan membahas perbedaan teknis antara teknologi nirkabel Link Labs dan LoRaWAN dan membahas fitur-fitur canggih Symphony Link.

Tonton webinar kami untuk mempelajari lebih lanjut tentang jenis teknologi LPWAN yang tepat untuk kasus penggunaan Anda.

Tautan Simfoni vs. LoRaWAN

Tautan Simfoni ® adalah sistem nirkabel yang dikembangkan oleh Link Labs. Ini terutama digunakan oleh pelanggan industri dan perusahaan yang menyukai rangkaian LoRa tetapi membutuhkan keandalan tinggi dan fitur-fitur canggih dalam sistem LPWA mereka.

LoRaWAN adalah protokol lapisan kontrol akses media (MAC) yang dirancang untuk jaringan seluler, terutama di Eropa.

Pengkodean simbol LoRa

Baik Symphony Link dan LoRaWAN menggunakan skema modulasi LoRa Semtech. Pada dasarnya, LoRa adalah bentuk gelombang. Ini menggunakan teknologi spektrum sebaran kicau yang mengkodekan beberapa bit per simbol, memiliki paket terintegrasi dan koreksi kesalahan, dan bekerja dengan prosesor sinyal digital pita dasar terintegrasi yang hebat, yang disebut SX1301. LoRa® adalah merek dagang dari Semtech. Peran yang dimainkan LoRa di LoRaWAN® dan Symphony Link® ada di lapisan 1, atau lapisan fisik. Ini analog dengan Frequency Shift Keying atau teknologi PHY lainnya dalam sistem yang berbeda.

model data OSI

Teknologi LoRaWAN berguna, dengan ekosistem vendor yang besar dan berkembang, tetapi memiliki beberapa keterbatasan yang membuatnya tidak cocok untuk solusi jaringan pribadi:

Aliansi LoRa bekerja keras untuk meningkatkan teknologi, tetapi untuk saat ini, LoRaWAN adalah yang terbaik bagi pelanggan yang ingin mengembangkan solusi untuk terhubung ke jaringan publik LoRaWAN. Untuk jaringan pribadi, kami sangat menyarankan pelanggan kami menggunakan Symphony Link.

Alasan Pelanggan Memilih Symphony Link® Daripada LoRaWAN®

Jaminan penerimaan pesan.

Beberapa persentase pesan yang tidak diakui baik-baik saja untuk beberapa aplikasi pembacaan meter, tetapi untuk jaringan sensor industri atau perusahaan atau sistem kontrol, 0% PER adalah persyaratan. Kami memiliki banyak pelanggan Symphony Link, dari perusahaan Fortune 100 hingga perusahaan rintisan, yang mencoba membangun di LoRaWAN dan gagal. Symphony Link MAC mengenali setiap pesan, baik yang naik maupun yang turun.

Firmware Over-the-Air.

Dengan Symphony Link, Anda dapat memperbarui firmware host di perangkat Anda setelah dipasang. Ini adalah keuntungan besar di awal evolusi IoT, karena memungkinkan pelanggan untuk mencapai pasar lebih cepat dan dengan risiko lebih kecil. Bagi banyak pelanggan, ini adalah alasan terbesar untuk mengadopsi Symphony Link.

Tidak ada batas siklus kerja.

Di Eropa, Symphony Link menggunakan Frequency Hopping Listen-Before-Talk plus pita kelincahan frekuensi adaptif, yang menghilangkan batas siklus kerja. Di Pita 900 MHz, tidak ada batasan siklus kerja. Selain itu, dengan menggunakan skema lompatan frekuensi penuh, perangkat akhir dapat mentransmisikan hingga 1W di pita 900 MHz. Ini bagus untuk perangkat bertenaga AC seperti meteran listrik dan lampu.

Repeater.

Karena Symphony Link adalah protokol sinkron, repeater memungkinkan pengguna untuk memperluas jangkauan jaringan secara dramatis tanpa memengaruhi latensi. Biaya repeater berkali-kali lebih murah daripada titik akses luar ruangan, dan dengan demikian memungkinkan pelanggan Symphony Link menjangkau area yang lebih luas tanpa menghabiskan ribuan tambahan untuk infrastruktur. Mereka juga sangat hemat daya, jadi repeater bisa bertenaga surya atau baterai.

Kualitas layanan.

Dengan Symphony Link, gateway mengendalikan jaringan yang dibuatnya, kami menerapkan kualitas sistem tiering layanan untuk memungkinkan node dengan lalu lintas penting memiliki prioritas di atas perangkat dengan lalu lintas prioritas lebih rendah. Anda tidak ingin alarm harus bersaing dengan meteran air untuk akses saluran.

Tidak ada konfigurasi per perangkat.

Mungkin sakit kepala terbesar saat menggunakan LoRaWAN adalah manajemen rumit dari beberapa kunci enkripsi per perangkat baik pada saat produksi perangkat maupun di sisi server. Dengan Symphony Link, konfigurasi perangkat host sama untuk semua perangkat dengan tipe yang sama, dan pertukaran kunci ditangani melalui arsitektur Diffie Hellman AES berbasis PKI kelas dunia.

Kekuatan waktu nyata dan kontrol kecepatan data.

Di Symphony Link, sebelum setiap transmisi, perangkat akhir menghitung tautan balik ke gateway dan menyesuaikan daya pancar dan faktor penyebaran atau tingkat modulasi agar sesuai. Dengan cara ini, node di seluruh jaringan memiliki anggaran tautan yang seimbang. Node dekat mentransmisikan dengan tenang dan cepat, dan node jauh mentransmisikan dengan keras dan lambat. Dan ADR di Symphony Link adalah tentang mengoptimalkan kinerja dan keandalan. Symphony Link ADR langsung mengoptimalkan kapasitas yang bahkan lebih baik daripada LoRaWAN.

Tidak ada kelemahan keamanan.

Dengan Symphony Link dan penggunaan Public Key Infrastructure (PKI), saluran nirkabel over-the-air dianggap tidak dapat dipecahkan oleh standar NSA. PKI juga mencegah spoofing dan memastikan identitas infrastruktur.

Koeksistensi beberapa gateway dan mitigasi interferensi.

Symphony Link menggunakan topeng saluran dinamis yang dikendalikan oleh gateway untuk memastikan tabrakan sesedikit mungkin. Di AS, Symphony Link menggunakan spektrum 28 kali lebih banyak daripada LoRaWAN, dan di Eropa tujuh kali lebih banyak.

Kapasitas Lebih Tinggi.

Dengan menggunakan fitur asinkron seperti slotting, dan koordinasi uplink/downlink, jaringan Symphony Link memiliki lebih dari empat kali kapasitas LoRaWAN. Dan jika Anda menggabungkannya dengan kualitas layanan, Symphony Link adalah pilihan yang jauh lebih kuat bagi pengguna yang membutuhkannya.

Multicasting.

Symphony Link mengimplementasikan kunci sesi multicast yang memungkinkan sekelompok perangkat ditangani. Dengan mengelompokkan node secara logis, Anda dapat mengontrolnya dengan cara apa pun yang masuk akal untuk aplikasi Anda. Jika itu adalah kontrol pencahayaan, misalnya, Anda dapat mengelompokkan 10 node bersama-sama dan mengirim serta menerima pesan dengan cara itu. Ini juga yang memungkinkan Symphony Link mentransfer firmware melalui udara.

Tidak ada biaya yang terkait dengan ID jaringan.

Mengoperasikan jaringan Symphony Link tidak memerlukan ID jaringan dari LoRa Alliance. Symphony Link tidak mengganggu LoRaWAN dan sebaliknya.

Ada juga fitur lain yang unik untuk Symphony Link yang penting untuk sebagian pengguna—seperti siaran sinkronisasi waktu, yang memungkinkan perangkat akhir untuk menyinkronkan ke jam waktu nyata dari gateway, dan penandaan waktu data di edge. Untuk lebih lanjut tentang ini, lihat bagian kasus penggunaan Symphony Link di bawah ini.

Deskripsi Protokol Tautan Symphony

Katakanlah kami baru saja mengaktifkan gateway Symphony Link kami. Hal pertama yang dilakukannya adalah memindai pita dan membuat profil interferensi. (Perhatikan bahwa ini adalah bagaimana sistem beroperasi di 900 MHz. Untuk 868, operasinya sedikit berbeda, karena saluran suar diperbaiki, tetapi menggunakan skema TDMA.)

Setelah pemindaian interferensi selesai, gateway memilih saluran 500 kHz untuk downlinknya (125 kHz untuk Eropa), dan kemudian mendengarkan saluran tersebut untuk memastikan tidak ada lalu lintas LoRa yang lemah di sana, yang akan menunjukkan gateway Symphony Link lain lebih jauh telah memilih saluran yang sama. Perhatikan juga bahwa ini adalah mode pemilihan saluran otomatis; pengguna juga dapat mengatur saluran secara manual melalui antarmuka manajer jaringan dari perangkat lunak manajemen jaringan kami.

Jadi saluran ini dipilih, dan sistem mulai mentransmisikan setiap dua detik. Pesan ini dapat disebut sebagai beacon atau frame header. Header bingkai ini berisi beberapa informasi penting.

Pertama, pesan ini dienkripsi dengan ID jaringan. Inilah yang memungkinkan pelanggan untuk membuat jaringan mereka "pribadi" dan tidak dapat digunakan oleh pengguna Symphony Link lainnya. Ini adalah salah satu dari dua parameter yang dikonfigurasi pada perangkat akhir, yang lainnya adalah Token Aplikasi, yang mengidentifikasi aliran data perangkat.

Informasi kedua adalah batas waktu uplink/downlink. Ini memberitahu node yang terjaga selama frame ini ketika gateway akan melakukan transmisi. Karena LoRa adalah teknologi half-duplex, penting untuk mencegah tabrakan atas/bawah, yang sangat lazim di LoRaWAN. (Gerbang LoRaWAN harus menanggapi permintaan node untuk pengakuan atau downlink dalam jangka waktu yang tetap. Setiap pesan LoRaWAN yang dikirim selama waktu ini tidak akan diterima oleh gateway. Meminta lebih banyak pengakuan di LoRaWAN hanya akan menambah masalah secara eksponensial.)

Informasi ketiga adalah frekuensi saluran uplink dari frame uplink yang akan datang. Karena Symphony Link menggunakan metode uplink “block hopping”, di mana bank penerima melompat di setiap frame, node perlu diberi tahu di mana saluran ini berada. Ini juga bagaimana Symphony Link dapat memiliki lebih banyak jaringan mengudara pada waktu tertentu tanpa gangguan. Juga, karena gateway memberi tahu node saluran apa yang tersedia, Symphony Link dapat memiliki gateway 1 saluran, 8 saluran, atau 64 saluran—endnode tidak peduli. Sebuah repeater atau gateway saluran tunggal yang murah dapat membawa fitur yang sama ke jaringan sebagai gateway yang lebih besar, dengan satu-satunya perbedaan adalah kapasitas uplink. Plus ada manfaat tambahan dari endnode yang dapat mendeteksi keberadaan jaringan secara pasif, bahkan di 868 dan 915. Endnode LoRaWAN harus mengirimkan secara blind untuk melihat apakah ada jaringan yang merespons untuk mengetahui apakah ada jaringan di sana atau tidak; ini bisa membakar banyak tenaga.

Gateway juga mengirimkan kualitas tingkat layanan untuk frame tersebut, sehingga jika jaringan macet, node yang kurang penting dapat menunggu sebelum melakukan transmisi.

Akhirnya, gateway mengirimkan paket pengakuan terkompresi, yang berisi pengakuan untuk semua pesan di frame sebelumnya. Di LoRaWAN, pengakuan yang terjadi selalu satu lawan satu, dan ketika Anda menambahkan pembukaan LoRa ke pesan-pesan itu, mereka adalah babi bandwidth yang sangat besar. Dengan mengompresi ACK menjadi satu pesan, kami menghemat waktu siaran yang signifikan melalui LoRaWAN.

Ada informasi tambahan yang diperlukan node untuk bertransaksi dengan jaringan, yang terkandung dalam pesan blok info dan dikirimkan oleh gateway setiap delapan frame. Informasi tentang batas daya pengaturan dan daya pancar dari gateway penting untuk node karena mereka menghitung daya dan faktor penyebarannya untuk setiap transmisi. Jika jaringan perlu memperdagangkan keandalan untuk kapasitas, blok info juga dapat memberi tahu node untuk menerapkan margin sinyal tambahan ke daya adaptif dan penghitungan kecepatan data. Versi perangkat lunak gateway juga ditransmisikan, untuk mencegah ketidakcocokan kemampuan antara node akhir dan gateway. Pesan blok info juga dapat mengaktifkan atau menonaktifkan mode dengarkan-sebelum-bicara di node, yang hanya diperlukan untuk operasi di Eropa dan Jepang. Juga, blok info memberi tahu node apakah terhubung ke cloud manajemen jaringan atau tidak, dan dengan demikian apakah server PKI dapat digunakan untuk sumber kunci publik, dan apakah node perlu mendaftar sebelum bergabung dengan jaringan. Hal ini memungkinkan beberapa jaringan untuk beroperasi sepenuhnya terputus dari internet.

Katakanlah sebuah node ingin mengirimkan muatan uplink ke gateway. Karena ini adalah jaringan berdaya rendah, jaringan ini benar-benar tidak aktif dan tidak digunakan untuk waktu yang lama. Ini akan bangun dan menyetel penerimanya ke frekuensi di mana ia terakhir mendengar gateway. Ini mengasumsikan beberapa offset kristal kasus terburuk, dan dengan demikian mulai mendengarkan beberapa milidetik sebelum awal pembukaan header frame gateway.

Kemudian harus mendeteksi dan memproses pesan header frame. Ia mempelajari kapan jendela uplink dimulai, dan frekuensi apa yang tersedia.

Kemudian ia tidur selama sisa periode downlink, kecuali jika itu adalah node “downlink always on”, yang akan saya jelaskan sebentar lagi.

Setelah bagian downlink dari frame selesai, ia menyetel ke frekuensi acak dari set yang baru saja diiklankan oleh gateway. Di dalam bingkai yang tersisa terdapat serangkaian slot waktu, yang masing-masing membentuk 10 byte dari panjang muatan pesan, ditambah periode dengar-sebelum-bicara.

Node pada titik ini menghitung daya dan faktor penyebaran yang diperlukan untuk menutup tautan kembali ke gateway. Katakanlah sinyalnya relatif kuat, sehingga memilih faktor penyebaran 7, dan daya pancar 0 dBm.

Node ini memiliki pesan 37 byte untuk dikirim, sehingga membutuhkan 4 slot sub-frame.

Sekarang, kualitas layanan node memainkan peran penting pada saat ini. Dengan asumsi gateway tidak menekan node dengan QOS itu, QOS adalah yang menentukan persentase slot waktu yang dapat diambil oleh node. Layanan berkualitas tinggi akan memilih 4 slot subbingkai setiap saat.

Pada QOS terendah, sebuah node hanya diperbolehkan menggunakan satu slot subframe setiap frame, sehingga dibutuhkan 4 frame untuk mengeluarkan 37 byte dari pintu.

Tapi, mari kita asumsikan QOS berada di tengah, seperti 8, di kisaran QOS 0-15. Jadi ia memilih 4 slot.

Kemudian kembali tidur, dan bangun kembali frame setelah berikutnya menerima pengakuan. Jika terjadi tabrakan dengan salah satu dari 4 sub-paket, maka hanya 3 yang akan menjadi ACK dan node akan mentransmisi ulang sub-paket yang hilang dalam bingkai tersebut.

Karena Symphony Link MTU atau Maximum transmit payload length adalah 256 byte, dibutuhkan hingga 26 slot untuk uplink pesan berukuran besar. Hal yang menyenangkan adalah bahwa setiap slot yang terlewatkan akan dikirim ulang secara otomatis oleh modul. Di LoRaWAN, jika Anda ingin mengirim lebih dari sekitar 12 byte, Anda harus menangani percobaan ulang dan paketisasi di lapisan aplikasi. Bayangkan betapa sulitnya menerapkannya untuk lebih dari beberapa node.

Sebuah repeater di Symphony Link bekerja dengan memasang beacon, downlink, uplink, dan pesan transfer semua dalam bagian uplink dari bingkai Symphony normal. Ini karena kecepatan modulasi, atau faktor penyebaran repeater 2x lebih cepat dari gateway. Ini memberikan 3 dB tautan, tetapi ini tidak terlalu terlihat untuk repeater, yang dapat menambah cakupan besar ke jaringan. Sementara repeater memiliki kapasitas yang jauh lebih sedikit daripada gateway, satu gateway dapat menampung lusinan repeater. Ini adalah arsitektur yang bagus untuk mencakup area yang luas dengan biaya yang efektif.

Ini hanyalah dasar-dasar cara kerja Symphony Link. Ada lebih banyak fitur seperti transfer firmware, multicast, dan pertukaran kunci, tetapi hal di atas akan memberi Anda ide bagus tentang arsitektur sistem dasar.

Kasus Penggunaan Tautan Simfoni

Pelanggan Link Labs menggunakan Symphony Link di berbagai pengaturan perusahaan dan industri. Contoh dari beberapa kasus penggunaan saat ini meliputi:

Selain itu, Symphony Link adalah satu-satunya teknologi LPWAN yang berfungsi dalam kasus penggunaan seperti ini:

Tertarik untuk melihat bagaimana Symphony Link dapat mengatasi tantangan konektivitas Anda?

Di Link Labs, kami telah membantu merekayasa solusi untuk semuanya, mulai dari pemeriksaan suhu sederhana hingga akselerometer GPS multi-sensor untuk sistem pelacakan aset yang rumit. Jika Anda ingin melihat bagaimana Symphony Link dapat bekerja untuk kasus penggunaan Anda, jadwalkan demo gratis teknologi hari ini. Kami akan menunjukkan cara kerjanya untuk LPWA Anda; cara mengatur gateway dan dev kit di Symphony Conductor; dan meninjau langkah-langkah integrasi, anggaran daya, dan jangkauan. Atau, jika Anda memiliki pertanyaan tentang teknologi, hubungi saja.


Teknologi Internet of Things

  1. u-blox:modul dan chipset seluler siap 5G untuk aplikasi IoT area luas berdaya rendah
  2. Peralatan monitor jaringan nirkabel di pembangkit listrik PPL
  3. Membangun jaringan IoT global
  4. Teknologi LoRa mendorong adopsi IoT, mengubah kehidupan
  5. LPWA:Operator penantang dapat mengambil manfaat dari penggunaan teknologi yang berbeda dengan pemimpin pasar
  6. Skala sangat penting untuk ekonomi NB-IoT dan LoRa
  7. Cara memilih teknologi Low Power Wide Area Network yang tepat
  8. Menggabungkan kekuatan Bluetooth hemat energi dan LPWA seluler untuk penerapan IoT skala besar
  9. Kisi jaringan IoT di seluruh dunia untuk memanfaatkan kekuatan konektivitas
  10. Meningkatkan Efisiensi Rantai Pasokan Melalui Teknologi IoT