slider

Síťové technologie LPWAN pro Internet věcí – 1. díl

17.02.2017

Internet věcí stimulovaný nárůstem počtu připojených zařízení M2M je již významnou oblastí průmyslu a během několika let lze očekávat připojení miliard zařízení v mnoha oblastech využití. Článek poskytuje přehled síťových technologií LPWAN (Low Power Wide Area Network), které jsou určeny pro nízkorychlostní komunikaci s nízkou spotřebou mezi vzdálenými koncovými zařízeními a centrálními servery v rámci Internetu věcí. Dále jsou stručně rozebírány otázky využívaných kmitočtových pásem, standardizace a funkční architektury a typické oblasti využití.

Rádiové technologie LPWAN se v porovnání s dalšími rádiovými technologie vyznačují některými specifickými charakteristikami. Hlavní požadavky zahrnují velký dosah, dlouhou životnost baterie a co nejnižší náklady na koncové zařízení. Obecně by tyto systémy měly mít dosah v otevřené krajině větší než 20 km, životnost baterie více než 10 let, cena koncového modemu by měla být pod 20 USD, přičemž by měly poskytovat nízké přenosové rychlosti, typicky pod 200 b/s.

Pro realizaci fyzické vrstvy byly přijaty dva hlavní alternativní přístupy [1] – kmitočtové dělení do velmi úzkých kanálů (Ultra Narrow Band, UNB), kde jsou typickými představiteli systémy Sigfox a Telensa a rozprostřené spektrum (Spread Spectrum, SS), které reprezentují zejména systémy LoRaWAN a RPMA. Výrobci obou typů systémů zaručují splnění výše zmíněných požadavků, přičemž systémy s rozprostřeným spektrem jsou schopny podporovat i vyšší přenosové rychlosti.

Kmitočtová pásma

Většina systémů LPWA využívá bezlicenční kmitočtová pásma, protože kmitočtové spektrum je okamžitě k dispozici a obvykle není třeba platit žádný nebo jen minimální poplatek. Na druhé straně bezlicenční pásma jsou sdílena s dalšími uživateli, takže systémy LPWA musí být dostatečně odolné vůči takovému rušení, aby je bylo možné provozovat za takových podmínek. Většina zemí vyžaduje, aby uživatelé bezlicenčních pásem plnili řadu omezení týkajících se vysílaného výkonu a obsazených vysílacích kmitočtů a tato omezení mohou limitovat celkovou výkonnost systému.

V rámci CEPT přijal European Research Council (ERC) doporučení ERC/REC70-03 [2], které určuje společný postup pro přidělování kmitočtového spektra pro zařízení krátkého dosahu (Short Range Devices, SRD) ve všech zemích CEPT, které zahrnuje EU a EFTA. Jedná se o doporučení, které se vztahuje na bezlicenční pásma pro zařízení krátkého dosahu, včetně LPWA systémů. Doporučení ERC/REC70-03 identifikuje pásma 169 MHz, 433 MHz, 863 MHz, 870 MHz a 915 MHz, které jsou potenciálními kandidáty pro sítě LPWA. Pásmo 169 MHz umožňuje použít výkon až 500 mW, ale dostupná šířka pásma je omezena pouze na 75 kHz a také vyžaduje nepraktické antény. V pásmu 433 MHz je výkon omezen na 10 mW. K dispozici tak zůstávají pásma 863–870 MHz, 870–875,8 MHz a 915–921 MHz. Tabulka 1 ukazuje maximální efektivní vyzařovaný výkon (ERP) a omezení pracovního cyklu v těchto pásmech.

Pásmo

Max. výkon

Omezení pracovního cyklu

863–870 MHz

do 25 mW e.r.p. (14 dBm)

do 0,1 % nebo LBT/AFA

868–868,6 MHz

do 25 mW e.r.p. (14 dBm)

do 1,0 % nebo LBT/AFA

868,7–869,2 MHz

do 25 mW e.r.p. (14 dBm)

do 0,1 % nebo LBT/AFA

869,4–869,65 MHz

do 500 mW e.r.p. (27 dBm)

do 10 % nebo LBT/AFA

869,7–870 MHz

do 25 mW e.r.p. (14 dBm)

do 1,0 % nebo LBT/AFA

869,7–870 MHz

do 5 mW e.r.p. (7 dBm)

bez omezení

870-875,8 MHz

do 25 mW e.r.p. (14 dBm)

do 1,0 % nebo LBT/AFA

915–921 MHz

do 25 mW e.r.p. (14 dBm)

do 0,1 % nebo LBT/AFA

 

Tabulka 1. Podmínky pro provoz systému LPWA.

Kmitočtové pásmo 863–870 MHz je pro zavádění systémů LPWAN klíčové, protože představuje dobrým kompromis mezi požadovaným dosahem, pokrytím a velikostí antény. Pro téměř celé toto pásmo je mezní hodnota max. výkonu 25 mW, pouze v pásmu 869,4–869,65 MHz je povoleno až 500 mW. V případě, že jsou techniky LBT (Listen Before Talk) a AFA (Adaptive Frequency Agility) používány společně, může být povolen vyšší pracovní cyklus, nicméně současné evropské standardy pro SRD omezují pracovní cyklus na 2,8 %. Toto pásmo lze pro systémy LPWA využívat

Systémy LPWA lze provozovat i v pásmech 870–875,8 MHz a 915–921 MHz, ale ty jsou v současné době povoleny pouze v Albánii, Dánsku, Velké Británii, Lucembursku, Moldavsku Švédsku, Slovensku, Slovinsku a s určitými omezeními v Lichtenštejnsku a Švýcarsku.

(Pokračování)

Autor: Jaroslav Hrstka

Související články

kalendář akcí
Mailkit

GDPR & E-mailing workshop

23.8.2017
Alef

IMPLEMENTING CORE CISCO ASA SECURITY

28.8.2017 - 1.9.2017
VSB – Technical University of Ostrava

KTTO 2017

4.9.2017 - 6.9.2017
eGovernment

e-government 20:10

5.9.2017 - 6.9.2017
Shoptet / Shopsys

ShopCamp 2017

8.9.2017
Gopas

Hackerfest 2017

18.9.2017
Asociace chytrého bydlení

KONFERENCE SMART HOME & PERSPEKTIVY IOT

19.9.2017
ABF

FOR ARCH 2017

19.9.2017 - 23.9.2017
SimpleCell / Sigfox

Sigfox World IoT Expo

25.9.2017 - 26.9.2017
Acomware

Emailing 2020

5.10.2017
Veletrhy Brno

Automatizace 2017

9.10.2017 - 13.10.2017
Progres Partners Advertising s.r.o.

SCADA BEZPEČNOSTNÍ KONFERENCE 2017

12.10.2017 - 13.10.2017
Reliant Group

SpeedCHAIN

1.11.2017 - 2.11.2017
Internet Info

WebTop100

15.11.2017
BusinessIT

Datová centra pro business 2017

23.11.2017
Terinvest

Amper 2018

20.3.2018 - 23.3.2018