Was ist ein Low-Power-Wide-Area-Network und wozu dient es?

Das Internet wächst weiter, und das Internet der Dinge (IoT) ist ein Bereich, der weiterhin in rasantem Tempo wächst. Low-Powered Wide Area Networks (LPWANs) treiben einen Großteil dieses Wachstums voran, eine Art Low-Power-Verbindung für ein Wide Area Network, die für die IoT-Bereitstellung und -Nutzung nützlich ist.

Werfen wir also einen genaueren Blick auf LPWANs, die verschiedenen Arten von LPWANs und einige Beispiele aus der Praxis, wie sie verwendet werden.

Was ist das IoT?

Um LPWANs zu verstehen, müssen Sie verstehen was das IoT ist. Wir müssen dies nicht in großer Tiefe behandeln, aber ein wenig Wissen wird viel dazu beitragen, LPWANs zu verstehen.

Der Begriff IoT bezieht sich auf physische Geräte, die miteinander verbunden sind. Diese Geräte umfassen alles von intelligenten Thermostaten in Ihrem Zuhause bis hin zu intelligenten Straßenlaternen in einer Stadt.

Einige gängige IoT-fähige Geräte sind:

• Smart-Home-Geräte: Thermostate, Beleuchtung, Überwachungskameras
• Industrie: Sensoren in Produktionsanlagen, Bestandskontrollsensoren
• Intelligente Stadt: Straßenbeleuchtung und Ampeln, öffentliche Verkehrsmittel
• Landwirtschaft: Bodensensoren, intelligente Bewässerung, Viehkontrolle

Dies sind nur einige Möglichkeiten, wie das IoT eingesetzt wird. Aber damit IoT-Systeme funktionieren, müssen sie verbunden sein, und LPWANs spielen oft diese Rolle.

Was ist ein LPWAN?

Ein LPWAN ist ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk, das Datenübertragungen mit niedriger Bandbreite und geringem Stromverbrauch über einen weiten Bereich liefern kann. Aufgrund des Bereichs, den ein LPWAN abdecken kann, eignet es sich perfekt, um IoT-Netzwerken bei der Kommunikation zu helfen.

Ein LPWAN hat keine bestimmte feste Bereichsgröße, die es abdecken kann. Die Abdeckung hängt von mehreren Faktoren ab, darunter die Übertragungstechnologie, die Anzahl der verbundenen IoT-Geräte, die verfügbaren Datenraten und mehr. Darüber hinaus beeinflussen andere Faktoren die LPWAN-Abdeckung und -Übertragung, wie z. B. Umgebungshindernisse.

Wie funktionieren LPWANs?

Die Low-Power-Eigenschaften von LPWANs sind der Schlüssel zu ihrer Funktionalität. IoT-Geräte sind oft batteriebetriebene Geräte mit geringem Energieverbrauch. Darüber hinaus übertragen die meisten IoT-Geräte winzige Datenmengen mit niedrigen Bitraten. Dies macht LPWANs ideal, um diese Geräte über große Entfernungen mit minimalem Stromverbrauch zu verbinden.

LPWANs verwenden meist nicht lizenzierte Funkfrequenzen. Dies macht eine Lizenzierung überflüssig und senkt die Kosten. Wie die Daten verschlüsselt und übertragen werden, hängt von der Art des LPWAN ab. Das Herzstück jedes Typs ist jedoch eine Modulationstechnik, die darauf ausgelegt ist, Daten über große Entfernungen mit minimalen Interferenzen zu übertragen.

Einige der Methoden, die verwendet werden, um dies zu erreichen, umfassen:

• Verwenden von fehlerkorrigierenden Codes
• Signalspreizung (spreizt das Signal über ein breites Frequenzband)
• Reduzierung der Datenrate

Es ist durchaus sinnvoll, an einen Wasserhahn zu denken. Drehen Sie es voll auf, und Sie haben einen starken Fluss; Dies könnte mit einem herkömmlichen Wide Area Network (WAN) verglichen werden, in dem viele Daten (Wasser) sehr schnell fließen. Der Nachteil ist, dass dies viel Kraft erfordert, um den Fluss am Laufen zu halten.

Reduzieren Sie diesen Fluss auf einen stetigen Tropfen, und Sie haben ein LPWAN. Das Wasser legt immer noch die gleiche Strecke zurück, aber es ist nur wenig Kraft erforderlich, um das Rinnsal am Fließen zu halten.

3 Hauptvorteile von LPWANs

Der Grund, warum LPWANs zum Verbinden von IoT-Geräten verwendet werden, lässt sich anhand von drei Hauptvorteilen zusammenfassen, die diese Art von Netzwerken bieten.

1. Kosten: Die Kosten für ein LPWAN sind niedriger als bei einem herkömmlichen WAN. Sowohl aus Sicht der Hardware als auch der Implementierungskosten bieten LPWANs eine kostengünstige Konnektivitätslösung.
2. Bereich: Die Reichweite eines LPWAN variiert in Abhängigkeit von Faktoren wie Topologie, Designanforderungen, Umgebungsbedingungen und Interferenzen. Ein typisches Netzwerk kann über eine Reichweite von etwa sechs Meilen betrieben werden. Aber wie wir im nächsten Abschnitt sehen werden, haben einige LPWAN-Typen eine maximale Reichweite von etwa 25 Meilen.
3. Leistung: LPWAN-Transceiver, Sensoren und andere Elemente sind normalerweise Geräte mit geringem Stromverbrauch. Beispielsweise werden viele von ihnen mit Batterien betrieben, und es ist üblich, dass die Lebenserwartung einer Batterie in Jahren gemessen wird.

Diese Attribute tragen dazu bei, dass LPWANs die Hauptform der Konnektivität für Millionen von IoT-Geräten werden.

Die Haupttypen von LPWAN

Es gibt verschiedene LPWAN-Typen. Welchen LPWAN-Typ Sie wählen, hängt von mehreren Faktoren ab. Beispielsweise bietet der Sigfox-Typ von LPWAN eine Reichweite von bis zu 25 Meilen; Dies macht es vorteilhaft, wenn Geräte über eine große Reichweite verstreut sind.

Hier sind einige der gängigsten LPWAN-Typen:

• LoRaWAN: Dabei wird eine Technik namens Chirp Spread Modulation verwendet, um eine Fernkommunikation zu erreichen. Die gleiche Technik ermöglicht es, dies mit einem sehr geringen Stromverbrauch zu erreichen. LoRaWANs bieten mehrere Vorteile, darunter niedrige Kosten und Skalierbarkeit. Es unterstützt auch Geolokalisierungsfunktionen und bidirektionale Kommunikation.
• NB-IoT: Dies ist ein LPWAN, das über Mobilfunknetze betrieben wird. Dies ermöglicht es ihm, die charakteristischen Merkmale eines LPWAN beizubehalten, hat aber die zusätzlichen Vorteile erhöhter Datenraten und verbesserter Sicherheit.
• Sigfox: Sigfox ist ein proprietärer LPWAN-Dienst mit globaler Abdeckung. Es verwendet eine ultraschmalbandige Modulation, um die Reichweiten- und Leistungsanforderungen angeschlossener Geräte zu erfüllen, und kann unter optimalen Bedingungen eine Reichweite von bis zu 25 Meilen erreichen.
• Schwerelos: Weightless erreicht seine LPWAN-Ziele der Konnektivität über große Entfernungen mit geringem Stromverbrauch mithilfe von Breitband-Frequenzmodulation und orthogonalem Frequenzmultiplexing. Dies ist ein weiterer Service mit globaler Abdeckung.

Wie Sie sehen können, gibt es verschiedene Ansätze, wie die Ziele eines LPWAN erreicht werden können. Vieles, was die Wahl eines LPWANs beeinflusst, hängt jedoch von den Funktionen ab, die es erfüllen soll, was am besten verstanden wird, wenn man sich einige der Verwendungsmöglichkeiten von LPWANs ansieht.

Wofür werden LPWANs verwendet?

Wir haben dies bereits angesprochen, aber der beste Weg, um die Funktionsweise von LPWANs vollständig zu verstehen, besteht darin, einige reale Szenarien zu diskutieren, in denen IoT-Geräte verwendet werden.

Intelligente Städte

Städte nutzen LPWANs zunehmend mit großem Erfolg. Einige der üblichen Arten, wie sie verwendet werden, sind:

• Intelligente Straßenbeleuchtung: Intelligente Straßenlaternen verwenden LPWANs für verschiedene Zwecke. Am häufigsten wird Energie gespart, indem die Helligkeit der Beleuchtung an Faktoren wie klimatische Bedingungen, Tageszeit und das Aktivitätsniveau auf der Straße angepasst wird.
• Intelligente Ampeln: Diese werden verwendet, um Staus zu entlasten, indem Ampeln priorisiert werden, um den Verkehrsfluss zu optimieren
• Intelligentes Parken: Sensoren können eingesetzt werden, um die Verfügbarkeit von Parkplätzen zu überwachen.

Die Umstellung auf intelligentere Städte soll die Lebensqualität der Einwohner verbessern und den CO2-Fußabdruck und die Energiekosten der Kommunen reduzieren.

Landwirtschaft

Die Landwirtschaft ist ein weiterer Sektor, in dem der Einsatz von IoT-Geräten und LPWANs rasch zugenommen hat. Hier sind einige der Möglichkeiten, wie LPWANs Landwirten helfen:

• Bodenüberwachung: LPWANs und Sensoren können Bodenbedingungen wie Feuchtigkeit und Temperatur überwachen. Auf diese Weise können Landwirte Wasser sparen, indem sie nur dort gießen, wo und wann es erforderlich ist.
• Viehkontrolle: Der Standort von Vieh kann von Sensoren verwendet werden, die an ein LPWAN angeschlossen sind.

Dies ist ein weiterer Sektor, in dem ein LPWAN Kosten senken und die Umweltauswirkungen landwirtschaftlicher Praktiken verringern kann.

Gesundheitspflege

LPWANs verändern das Gesundheitswesen und die Art und Weise, wie wir Patienten und Erkrankungen überwachen. Zu den Anwendungen für die Technologie gehören:

• Stellen Sie mithilfe von Echtzeitinformationen zum Gesundheitszustand des Patienten bereit Fernüberwachungsgeräte für Patienten
• Verfolgen Sie den Status und den Standort von Geräten
• Überwachung und Anpassung der Umgebungsbedingungen in Einrichtungen des Gesundheitswesens

Insgesamt kann LPWANS dazu beitragen, die Behandlung von Patienten zu rationalisieren und gleichzeitig die Gemeinkosten zu senken.

LPWANs: Langsam und stetig gewinnt das Rennen

LPWANs sind die unbesungenen Helden einer zunehmend vernetzten Welt. Mit einem langsamen und stetigen Ansatz für die Datenübertragung machen diese Netzwerke unsere Städte intelligenter, unsere Häuser sicherer und unsere Landwirtschaft effizienter.

Bei der Macht der Information geht es nicht nur um „Big Data“; manchmal sind die kleinen dinge im leben wichtig.