LPWAN: умная сеть будущего
В городах будущего миллиарды предметов повседневной жизни будут объединены в сеть. Тем не менее, с существующими сейчас стандартами беспроводной связи это невозможно. Новая беспроводная технология LPWAN призвана кардинально все изменить.
Через десять лет практически все, а не только компьютеры, смартфоны, планшетные ПК и бытовая электроника, будет объединено в сеть. Этот процесс уже начинается в четырех стенах отдельных квартир и постепенно распространится по всему городу.
ПО ИМЕЮЩИМСЯ ОЦЕНКАМ, В 2025 ГОДУ БУДЕТ НАСЧИТЫВАТЬСЯ 30 МИЛЛИАРДОВ ПОДКЛЮЧЕННЫХ К СЕТИ УСТРОЙСТВ.
Но существующих технологий, таких как WLAN и высокоскоростной LTE, для этого пока что недостаточно. Чтобы выдержать такой наплыв устройств, должны появиться новые беспроводные сети. Что же это значит для устройств? Речь идет об Интернете вещей (Internet of Things, IoT), разработкой которого сейчас занимаются многие технологические гиганты, промышленные корпорации и стартапы.
В принципе, практически не существует предметов, которые нельзя включить в систему IoT. Выглянув из окна, вы сразу же увидите ряд подходящих объектов: парковые скамейки, мусорные баки, парковочные места, уличные фонари, велосипеды. Их взаимодействием займется так называемая LPWAN-сеть (Low Power Wide Area Network), то есть энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия для датчиков и небольших устройств для которой существуют различные открытые и проприетарные технологические стандарты.
Особенностью протоколов связи LPWAN является низкая требовательность к аппаратным средствам. Это важно для сетей, где применяются датчики, ведь их производство и обслуживание должны быть очень дешевыми, а срок службы без замены батареи должен составлять 10 и более лет.
В таблице перечислены стандарты LPWAN, которые претендуют на первенство в этой категории. Структура этих сетей в основном схожа. С помощью датчиков к базовой станции (шлюзу) подключены устройства, образующие «звезду». Шлюзы собирают данные и передают их на серверы в фоновом режиме. Эти серверы в то же самое время являются точками доступа для пользователей.
Тот, кто ищет свободное парковочное место, через приложение подключается к веб-службе, получающей данные от шлюза, которому, в свою очередь, передают информацию датчики парковки. При этом датчики используют только узкие полосы частот (от 100 Гц) и частоты с хорошими характеристиками распространения.
Большинство сетей используют нелицензируемый частотный диапазон ниже 1 ГГц, что помогает избежать проблем с органами власти, но имеет один существенный недостаток. Эти частоты используются для передачи данных многими пользователями, что приводит к сбоям. И для того, чтобы сети удовлетворяли требованиям Интернета вещей, новые стандарты беспроводной связи должны работать с заданным коэффициентом ошибок при выявлении подобных сбоев.
Существуют и другие решения для Интернета вещей. Так, сеть специального назначения LTE (LTE-M) подразумевает использование существующих сетей мобильной связи для объединения предметов повседневной жизни в сеть. Эта технология дает такое преимущество, как полный двунаправленный обмен данными.
Тот, кто хочет объединить в сеть целые города, должен обращать внимание не только на стоимость датчиков. Большое значение также имеет количество базовых станций. По дальности покрытия до десяти километров стандарты LPWAN значительно превосходят классические мобильные сети.
Один шлюз сети LPWAN может поддерживать огромное количество оконечных устройств. Типичная сеть LTE-М объединяет 20 000 устройств в городских условиях, используя при этом 50 000 узлов связи. NB-Fi будет обрабатывать более одного миллиона устройств через один шлюз. При этом учитывается тот факт, что не все эти устройства могут передавать данные одновременно.