¿Qué es LPWAN (red de área amplia de baja potencia)? La definición final

La WAN de baja potencia (LPWAN) es una tecnología de red inalámbrica de área amplia que interconecta dispositivos alimentados por batería de bajo ancho de banda con bajas tasas de bits en largos rangos.

Creado para redes de máquina a máquina (M2M) e Internet de las cosas (IoT), las LPWAN funcionan a un costo menor con una mayor eficiencia energética que las redes móviles tradicionales. También pueden admitir una mayor cantidad de dispositivos conectados en un área más grande.

Las LPWAN pueden acomodar tamaños de paquetes de 10 a 1,000 bytes a velocidades de enlace ascendente de hasta 200 Kbps. El largo alcance de LPWAN varía de 2 km a 1,000 km, dependiendo de la tecnología.

La mayoría de las LPWAN tienen una topología en estrella donde, de forma similar a Wi-Fi, cada punto final se conecta directamente a puntos de acceso central comunes.

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Tipos de LPWAN

LPWAN no es una tecnología única, sino un grupo de varias tecnologías de red de área amplia de baja potencia que toman muchas formas y formas. Las LPWAN pueden usar frecuencias con licencia o sin licencia e incluyen opciones patentadas o estándares abiertos.

El Sigfox patentado y sin licencia es uno de los LPWAN más implementados en la actualidad. Corriendo por una red pública en las bandas de 868 MHz o 902 MHz, la tecnología de banda ultra estrecha solo permite un único operador por país. Si bien puede entregar mensajes en distancias de 30 a 50 km en áreas rurales, de 3 a 10 km en entornos urbanos y hasta 1,000 km en aplicaciones de línea de sitio, su tamaño de paquete está limitado a 150 mensajes de 12 bytes por día. Los paquetes de enlace descendente son más pequeños, limitados a cuatro mensajes de 8 bytes por día. El envío de datos a puntos finales también puede ser propenso a interferencias.

El acceso múltiple de fase aleatoria, o RPMA, es un LPWAN patentado de Ingenu Inc. Aunque tiene un alcance más corto (hasta 50 km de línea de visión y con 5-10 km sin línea de visión), ofrece una mejor comunicación bidireccional que Sigfox. Sin embargo, debido a que funciona en el espectro de 2.4 GHz, es propenso a la interferencia de Wi-Fi, Bluetooth y estructuras físicas. También suele tener un mayor consumo de energía que otras opciones de LPWAN.

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El LoRa sin licencia, especificado y respaldado por la Alianza LoRa, transmite en varias frecuencias de sub gigahercios, lo que lo hace menos propenso a la interferencia. Derivada de la modulación de espectro extendido de chirp (CSS), LoRa permite a los usuarios definir el tamaño del paquete. Si bien es de código abierto, el chip transceptor subyacente utilizado para implementar LoRa solo está disponible en Semtech Corporation, la compañía detrás de la tecnología. LoRaWAN es el protocolo de capa de control de acceso a medios (MAC) que gestiona la comunicación entre dispositivos LPWAN y puertas de enlace.

Weightless SIG ha desarrollado tres estándares LPWAN: Weightless-N unidireccional, Weightless-P bidireccional y Weightless-W, que también es bidireccional y se ejecuta fuera del espectro de TV no utilizado. Weightless-N y Weightless-P son a menudo opciones más populares debido a la menor duración de la batería de Weightless-W. Weightless-N y Weightless-P funcionan en el espectro sin licencia por debajo de 1 GHz, pero también admiten la operación de espectro con licencia utilizando la tecnología de banda estrecha de 12.5 kHz.

Narrowband-IoT (NB-IoT) y LTE-M son estándares de 3rdGeneration Partnership Project (3GPP) que operan en el espectro con licencia. Si bien tienen un rendimiento similar a otros estándares, operan en la infraestructura celular existente, lo que permite a los proveedores de servicios agregar rápidamente conectividad IoT celular a sus carteras de servicios.

NB-IoT, también conocido como CAT-NB1, opera en infraestructura existente LTE y Global System for Mobile (GSM). Ofrece velocidades de enlace ascendente y descendente de alrededor de 200 Kbps, utilizando solo 200 kHz de ancho de banda disponible.

LTE-M, también conocido como CAT-M1, ofrece un mayor ancho de banda que NB-IoT y el mayor ancho de banda de cualquier tecnología LPWAN.

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Algunos proveedores, incluidos Orange y SK Telecom, están implementando tecnologías con licencia y sin licencia para capturar ambos mercados.

Otras tecnologías LPWAN incluyen:

  • GreenOFDM de GreenWaves Technologies
  • DASH7 de Haystack Technologies Inc.
  • Symphony Link de Link Labs Inc.
  • ThingPark Wireless de Actility
  • Banda ultra estrecha de varias compañías, incluidas Telensa, Nwave y Sigfox
  • WAVIoT

LPWAN vs. celular, RF, malla

Si bien Bluetooth, Zigbee y Wi-Fi son adecuados para la conectividad de IoT a nivel de consumidor, muchas aplicaciones de IoT, particularmente en implementaciones industriales, cívicas y comerciales, se benefician de una LPWAN donde se puede admitir una gran cantidad de dispositivos de baja potencia en un amplio rango de área. rentable

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A diferencia de las tecnologías inalámbricas anteriores, LPWAN proporciona conectividad de área amplia ubicua y eficiente con la batería, lo que permite más aplicaciones M2M e IoT que anteriormente eran prohibitivas debido al costo. Sin embargo, una compensación importante es la cantidad de datos que se pueden transmitir. Sin embargo, según James Brehm & Associates, el 86% de todos los dispositivos IoT usan menos de 3 MB de datos por mes, y 3GPP estima que el 99.9% de los dispositivos LPWAN usarán menos de 150 KB de datos por mes.

Las redes celulares a menudo sufren de poca duración de la batería y pueden tener brechas en la cobertura. Las tecnologías celulares también son frecuentemente puestas de sol. Dado que muchos dispositivos IoT se implementan durante 10 años o más, la reducción de la cobertura celular no es una opción viable.

Las tecnologías de radiofrecuencia (RF), como Bluetooth y comunicaciones de campo cercano (NFC), no tienen el alcance que requieren muchas aplicaciones de IoT.

Las tecnologías de malla, como Zigbee, son más adecuadas para aplicaciones IoT de media distancia, como hogares inteligentes o edificios inteligentes. Tienen altas velocidades de datos y son mucho menos eficientes con la batería que LPWAN.

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Aplicaciones LPWAN

Con menores requisitos de energía, rangos más largos y costos más bajos que las redes móviles tradicionales, las LPWAN habilitan una serie de aplicaciones M2M e IoT, muchas de las cuales anteriormente estaban limitadas por presupuestos y problemas de energía.

La elección de una LPWAN depende de la aplicación específica, es decir, la velocidad deseada, la cantidad de datos y el área cubierta. Las LPWAN son más adecuadas para aplicaciones que requieren la entrega infrecuente de mensajes de enlace ascendente de mensajes más pequeños. La mayoría de las tecnologías LPWAN también tienen capacidades de enlace descendente.

Las LPWAN se usan comúnmente en aplicaciones que incluyen medición inteligente, iluminación inteligente, monitoreo y seguimiento de activos, ciudades inteligentes, agricultura de precisión, monitoreo de ganado, administración de energía, fabricación e implementaciones industriales de IoT.

Seguridad LPWAN

Las diferentes tecnologías LPWAN ofrecen diferentes niveles de seguridad. La mayoría incluye autenticación de dispositivo o suscriptor, autenticación de red, protección de identidad, cifrado estándar avanzado (AES), confidencialidad de mensajes y aprovisionamiento de claves.

El futuro de LPWAN

Como una tecnología bastante nueva, el panorama LPWAN cambia constantemente y está lejos de madurar. Con muchos jugadores en el mercado, no está claro quiénes serán los ganadores, especialmente porque también se desconoce la velocidad de expansión del mercado. El rendimiento a largo plazo de cada variación de LPWAN también es incierto, ya que muchos todavía están en sus lanzamientos iniciales y las pruebas del mundo real a escala aún no se han completado.

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