lpwan что это такое
Суверенный LPWAN, часть 1: лицензирование и эксплуатация LPWAN-сетей в России — старые новые требования ГКРЧ
В конце прошлого года причастные к «интернету вещей» сайты, блоги и каналы всколыхнула новость — якобы ГКРЧ приняла решение, согласно которому базовые станции любых IoT-сетей LPWAN должны быть только российского производства, а при установке их в обязательном порядке необходимо регистрировать.
Базовая станция LoRaWAN российского производства
Хотя для самой популярной из открытых технологий — LoRaWAN — российские БС вполне себе существуют, это, например, новосбириская Вега БС-2, новость вызвала у многих серьёзное волнение. Во-первых, одной Вегой сыт не будешь, Kerlink, Multitech и даже Sagemcom тоже иногда хочется. Во-вторых, ну хорошо, сегодня все строят LoRaWAN, а завтра? Такое решение попросту закрыло бы путь на российский рынок для новых стандартов — зарубежное оборудование эксплуатировать нельзя, а в разработку аналогичного российского вкладываться никто не будет, пока не станет хоть как-то понятна окупаемость и перспективы.
Впрочем, на самом деле, как обычно с российским законодательством, совы — не те, кем они кажутся.
Во-первых, пресловутое решение ГКРЧ в оригинале — тут надо листать сразу в конец, до пункта 22.
22. В приложении №11 к решению ГКРЧ от 07.05.2007 №07-20-03-001 столбец «Дополнительные условия использования» для полос радиочастот 864-865 МГц, 866-868 МГц, 868,7-869,2 МГц дополнить следующими условиями:
«Применение базовых станций в сетях связи для сбора и обработки телематической информации осуществляется при условии:
регистрации базовых станций в установленном в Российской Федерации порядке;
ввода в эксплуатацию сетей связи в установленном в Российской Федерации порядке;
с 1 декабря 2020 года допускается использование базовых станций, произведенных на территории Российской Федерации, которым присвоен статус телекоммуникационного оборудования российского происхождения (условие не распространяется на базовые станции, зарегистрированные до 1 декабря 2020 года).».
Решение ГКРЧ 2007 года — это общая таблица о порядке использования приёмопередающих устройств малого радиуса действия, к которой выпущены уже десятки дополнений и уточнений: например, когда ГКРЧ решает дать кому-то в этом классе устройств немного новых частот, решение об этом также выходит в виде дополнения к 07-20-03-001.
Срок действия базового решения ГКРЧ — 10 лет, однако, очевидно, решение 2007 года в дедлайн просто продлили ещё на десять.
Итак, что мы тут видим?
Регистрация базовых станций LPWAN
регистрации базовых станций в установленном в Российской Федерации порядке;
ввода в эксплуатацию сетей связи в установленном в Российской Федерации порядке;
Выделение моё. Как нетрудно заметить, ГКРЧ не указывает на вновь возникшую обязанность что-либо лицензировать или регистрировать — ГКРЧ указывает, что законодательство РФ надо соблюдать, то есть, по сути, выступает в роли Капитана Очевидность.
С какой целью была принята эта правка — понять трудно (вероятно, что с чисто политической, «надо было продемонстрировать работу»), потому что по сути она вообще ничего не меняет. Кто-то не согласен с тем, что законы надо соблюдать? Не вижу ваших рук?
Менять же законы ГКРЧ не в силах, это вне её полномочий.
Значит ли это, что базовые станции не надо регистрировать? Минуточку!
Итак, как мы выяснили, законы не менялись. Но, собственно, а что в них было написано раньше?
Во-первых, традиционно для российского технологического законодательства, которое очень часто представляет собой поспешную кальку с международного, «слово есть — а термина нет». То есть, слова «базовая станция» есть, а что они означают — нигде прямо не сказано. Мой домашний Wi-Fi роутер, который обеспечивает абонентским устройствам доступ к сети связи общего пользования — это уже базовая станция или ещё нет?
22. Неспециализированные (любого назначения) оконечные устройства в полосах радиочастот:
26,957 — 27,283 МГц, 40,660 — 40,700 МГц и 433,075 — 434,790 МГц с эквивалентной изотропно-излучаемой мощностью не более минус 17 дБВт;
2400 — 2483,5 МГц с эквивалентной изотропно-излучаемой мощностью не более минус 20 дБВт;
864 — 865 МГц, 868,7 — 869,2 МГц и 5725 — 5875 МГц с максимальной эффективной излучаемой мощностью 25 мВт.
Здесь можно заметить три момента — во-первых, для законодателей проведённое ГКРЧ расширение диапазона куском 866-868 МГц прошло незамеченным, так что, строго говоря, использовать в нём какие-либо устройства без регистрации нельзя; но тут, как обычно, строгость российских законов… В том смысле, что никто за это штрафовать не будет, хотя вообще-то формально могут — так что, если юридическая чистота вам важна, не спешите радостно настраивать в своей сети новые частоты.
Во-вторых, ограничена мощность — 25 мВт. Осенью ГКРЧ разрешила в полосе 868,7-869,2 МГц мощность до 100 мВт — так вот, такие устройства необходимо регистрировать независимо от их назначения.
В-третьих, с термином «базовая станция» лучше не стало, но зато мы встретили термин «оконченые устройства» — и можем предположить, что всё, что не они — то базовая станция. Ну или не базовая станция, но регистрировать всё едино надо.
Ок, яндекс, что такое «оконечные устройства». Здесь нас выручает уже третий НПА — 126-ФЗ «О связи»:
пользовательское оборудование (оконечное оборудование) — технические средства для передачи и (или) приема сигналов электросвязи по линиям связи, подключенные к абонентским линиям и находящиеся в пользовании абонентов или предназначенные для таких целей;
Ура, мой домашний Wi-Fi-роутер не надо регистрировать, он находится в моём пользовании — он оконечное оборудование! То же самое касается контроллера «умного дома» и прочих бытовых вещей.
С базовыми станциями LPWAN, однако, дела обстоят чуть сложнее — они, очевидно, обычно находятся в пользовании оператора связи, соответственно, конечным оборудованием не являются.
И здесь мы плавно переходим к следующему пункту — «ввод в эксплуатацию сетей связи в установленном в Российской Федерации порядке», который косвенно связан с вопросом о том, в чьём пользовании находится оборудование.
Как гласит всё тот же 126-ФЗ, сети связи у нас бывают следующих видов:
Последние два пункта нас сейчас не касаются, а с остальными опять надо разбираться.
Начнём с конца. Технологические сети связи — это, очевидно, сети связи масштаба одного предприятия, на таких сетях возмездное оказание услуг каким-либо сторонним лицам не осуществляется. Например, если вы реализуете индивидуальный проект «цифровое что-нибудь» для какого-нибудь промышленного заказчика, и в этом проекте есть базовые станции LPWAN в любом его виде — то по сути вы строите этому заказчику технологическую сеть связи.
Если вы строите сеть, к которой могут подключиться несколько заказчиков — например, покрываете промзону LoRaWAN’ом, а на базе этого LoRaWAN’а предлагаете расположенным в промзоне предприятиям «цифровое что-нибудь» на базе ваших собственных ресурсов, то вы начинаете удаляться от технологической сети. Впрочем, в данный момент вы ещё можете показать, что эта сеть — технологическая, но не заказчика, а ваша; заказчик приобретает у вас услуги не по доступу к сети передачи данных, а например, по доступу к личному кабинету, в котором аккумулируется некая собранная посредством этой сети информация.
Эта отмазка рушится в момент, когда вы позволяете заказчику, например, поставить свой собственный сервер со своими собственными личными кабинетами, а через ваш LoRaWAN просто гнать на него данные — даже если этот сервер он ранее купил у вас, то теперь он использует ваш LoRaWAN исключительно только как сеть передачи данных. В этом контексте данная сеть функционирование вашего предприятия более не обеспечивает, превращаясь в отдельную услугу — выделенную сеть связи.
Сами вы при этом превращаетесь в оператора связи.
Ну и, разумеется, финальный гвоздь в крышку вашего гроба — это момент, когда вы начинаете оказывать услуги населению, например, по передаче данных с водосчётчиков и электросчётчиков. Отмазки здесь можно придумать те же самые — пока вы предоставляете сервис целиком и полностью, это можно назвать вашей технологической сетью; как только ваши пользователи начинают гонять по вашей сети произвольные данные в произвольных направлениях — вы становитесь сетью связи общего пользования.
По возможности избегайте этого.
Во-первых, потому, что сами вы при этом превращаетесь в оператора связи со всеми сопутствующими юридическими издержками (это, на секундочку, лицензируемая область действия). Во-вторых, потому, что оборудование сетей связи общего пользования подлежит сертификации — точнее, на коммутирующее оборудование (то есть базовые станции) надо получать сертификат, а на оконечное — регистрировать декларацию соответствия.
Угадайте, есть ли технический регламент на тот же LoRaWAN, соответствие которому можно было бы декларировать.
Итак, что мы имеем, если говорить простыми словами?
То есть, весь этот порядок существовал и до свежего решения ГКРЧ, просто все его по большей части игнорировали.
Надо заметить, что в итоге всего бурления таки вышло письмо РКН, разъясняющее, что же имелось в виду. Почему нельзя было таким письмом начать и закончить, и для чего была вся эта суета с ГКРЧ, ничего в порядке вещей не меняющая — загадка мироздания, сравнимая с другими извечными вопросами Вселенной.
Базовые станции российского производства
с 1 декабря 2020 года допускается использование базовых станций, произведенных на территории Российской Федерации, которым присвоен статус телекоммуникационного оборудования российского происхождения (условие не распространяется на базовые станции, зарегистрированные до 1 декабря 2020 года)
Хотя этот момент наделал существенно больше шума, смысла в нём оказывается ещё меньше.
Во-первых, это не запретительная мера, а разрешительная — базовые станции российского производства использовать можно.
Во-вторых, найти действующий запрет на использование базовых станций российского производства не удалось, но, на всякий случай, если вы хотите абсолютной юридической чистоты вашего проекта, можете до 1 декабря 2020 года, т.е. вступления в силу разрешения, от использования российских базовых станций, которым присвоен статус и далее по тексту, отказаться.
Вдруг этот запрет всё же где-то есть — иначе зачем потребовалось разрешать то, что не запрещали?
Вместо заключения
Хотя всё это кажется какой-то невероятной бессмыслицей, в среднесрочной перспективе может выясниться более печальная вещь — что эти «решения ни о чём» были следствием подковёрной борьбы в государственных органах, в которой одни хотели продавить вариант «эта нога — кого надо нога, а иные ноги пора бы вообще запретить», а другие не хотели на него соглашаться.
В результате родился вот такой компромисс — вроде бы что-то сделано, но ничего при этом не сделано.
Если эта теория заговора кажется вам слишком невероятной — подождите второй части, в ней мы обсудим процесс рождения национальных стандартов.
А если вы хотите поговорить об этом — приходите к нам на конференцию InoThings++ 4 апреля:
Что-то мне подсказывает, что и докладов, и обсуждений этой темы в кулуарах в этом году будет с избытком.
Спецификация LoRaWAN. Введение. Основные понятия и классы оконечных устройств
Данная статья представляет собой введение в беспроводные сети LoRaWAN, и основана на спецификации LoRaWAN 1.0.2.
Введение в LoRaWAN
Типовая беспроводная сеть LoRaWAN представляет собой совокупность шлюзов (gateways), пересылающих сообщения между оконечными устройствами (end-devices) и центральным сервером (Network Server, NS), и характеризуется «звездной» топологией «star-of-stars».
Шлюзы называют также концентраторами (concentrators) и базовыми станциями (base stations). Оконечные устройства часто называют motes.
Связь между шлюзами и центральным сервером осуществляется через стандартные IP-соединения, а между шлюзами и оконечными устройствами — через беспроводные соединения, использующие широкополосную модуляцию LoRa или FSK. Модуляция LoRa была разработана компанией Semtech и предназначена для низкоскоростной беспроводной передачи данных на расстояния до нескольких километров в безлицензионных диапазонах частот (Европа — 433 и 868 МГц).
Связь между шлюзами и оконечными устройствами является двусторонней, но предполагается, что основной объем данных передается от оконечных устройств к шлюзам. Технология LoRa обеспечивает скорость передачи в беспроводном канале от 0.3 до 50 кбит/с. Для разделения каналов используется как набор частотных каналов, так и скоростей передачи (data rates).
Для оптимизации работы системы используется адаптивное изменение скорости передачи — ADR (adaptive data rate). Cетевой сервер оценивает качество сигнала, принимаемого от оконечного устройства, и может управлять как скоростью передачи, так и мощностью передатчика этого устройства.
Оконечное устройство может передавать данные на любом доступном канале и любой скорости передачи, учитывая следующее:
Основные преимущества сетей LoRaWAN
Основные преимущества беспроводных сетей LoRaWAN обусловлены использованием широкополосной модуляции LoRa и безлицензионных диапазонов частот. Сети LoRaWAN:
Варианты применения беспроводных сетей LoRaWAN
Пара слов о возможных применениях:
Классы оконечных устройств LoRaWAN
Вернемся к спецификации LoRaWAN и посмотрим, какие бывают устройства. На конец 2016 г. спецификация определяет 3 класса оконечных устройств LoRaWAN: A, B и C, отличающиеся друг от друга режимами приема. Устройства данных классов являются двунаправленными. Класс А является базовым и должен поддерживаться всеми устройствами.
Класс А (обязательный для всех)
Устройства класса А после каждой передачи открывают два коротких временных окна на прием (обозначаются как RX1 и RX2).
Интервалы от конца передачи до открытия первого и второго временных окон могут конфигурироваться, но должны быть одинаковыми для всех устройств в данной сети (RECEIVE_DELAY1, RECEIVE_DELAY2). Для европейского диапазона 868 МГц рекомендованное значение RECEIVE_DELAY1 составляет 1 секунду. Значение RECEIVE_DELAY2 должно равняться (RECEIVE_DELAY1 + 1) секунда.
Используемые частотные каналы и скорости передачи для интервалов RX1 и RX2 могут отличаться. Рекомендуемые значения приведены в отдельном документе — «LoRaWAN Regional Parameters», доступном на сайте LoRa Alliance.
Устройства класса А являются самыми низкопотребляющими, но для передачи сообщения от сервера к оконечному устройству необходимо дождаться следующего исходящего сообщения от этого устройства.
Класс B (Beacon)
В добавок к окнам приема, определенным для устройств класса А, устройства класса B открывают дополнительные окна приема по расписанию. Для синхронизации времени открытия дополнительных окон приема шлюзы излучают маячки (beacons). Все шлюзы, входящие в состав одной сети, должны излучать маячки одновременно. Маячок содержит идентификатор сети и метку времени (UTC).
Использование класса В гарантирует, что при опросе оконечных устройств задержка отклика не будет превышать определенную величину, определяемую периодом маячков.
Класс C (Continuous)
Устройства класса C находятся в режиме приема практически всё время за исключением промежутков, когда они передают сообщения. За исключением временного окна RX1 оконечное устройство использует параметры приема RX2. 
Класс С может применяться там, где не нужно изо всех сил экономить энергию (счетчики электрической энергии) или где необходимо опрашивать оконечные устройства в произвольные моменты времени.
Итак, с основами LoRaWAN и классами устройств немного разобрались — в следующей статье обсудим способы активации оконечных устройств.
LPWAN и другие беспроводные технологии
LPWAN (Low-power Wide-area Network) — новый тип беспроводных сетей, разработанный для передачи данных телеметрии различных устройств, сенсоров, датчиков и приборов учета на дальние расстояния. Появление сетей LPWAN главным образом связано с потребностями межмашинного общения (Machine-to-machine, M2M) и передачей данных в рамках концепции «Интернета вещей» (Internet of Things, IoT).
Использование беспроводной технологии в той или иной сфере определяется двумя ключевыми параметрами — дальностью связи и скоростью передачи данных (рис. 1). Например, Wi-Fi, имея высокую пропускную способность в несколько Мбит/с и ограничение по дальности в пределах 100–200 метров, чаще всего используется для построения беспроводных локальных сетей в пределах офиса, квартиры или дома.
Рис. 1. Сравнение беспроводных технологий по дальности и скорости передачи данных
Как следует из названия технологии, ее главные характеристики — низкое энергопотребление (low-power) и широкий территориальный охват (wide-area). При этом особенности передачи данных в M2M и IoT предъявляют ряд дополнительных требований для телеметрических сетей класса LPWAN.
Ключевые параметры LPWAN-сетей:
Диаграмма со сравнением характеристик беспроводных технологий, применяемых для телеметрии, приведена на рис. 2.
Рис. 2. Сравнение характеристик LPWAN, 3G, Zigbee
Пропускная способность LPWAN-радиоканала
В основе межмашинного общения лежит принцип обмена небольшими по объему пакетами данных. Так, например, датчику дыма необходимо передать сигнал тревоги в момент обнаружения задымления и результат ежедневной самодиагностики диспетчеру — один бит информации. То же самое происходит и в случае датчиков в системах контроля протечки воды. Показания приборов учета воды, электричества, тепла, газа, а также датчиков влажности или температуры могут быть «упакованы» в несколько бит.
Скорость передачи данных LPWAN-радиоканала зависит от конкретной решаемой задачи и, как правило, составляет от нескольких бит до нескольких сотен бит в секунду. Потребности в высокой пропускной способности канала связи нет. Это, в свою очередь, открывает ряд возможностей для улучшения других, не менее важных параметров сети.
Дальность действия и площадь покрытия LPWAN-сети
Экономия на объеме передаваемой информации позволяет увеличить энергетику радиосигнала и, как следствие, значительно повысить энергетический потенциал канала связи. Высокая энергетика используется для увеличения дальности передачи сигнала и повышения его проникающей способности.
В результате дальность передачи данных в сети LPWAN в несколько раз превышает дальность действия сотовой сети и составляет от нескольких километров до нескольких десятков километров. Так, например, радиус действия базовой станции «СТРИЖ» в городской черте превышает 10 км, а за пределами города ограничивается видимостью горизонта и составляет в среднем 50 км. Несложно посчитать площадь покрытия: в городских условиях — свыше 300 кв. км, на открытой местности — порядка 8 000 кв. км.
Выигрыш в дальности действия одной базовой станции позволяет охватывать большие площади меньшим количеством станций, что, в свою очередь, сокращает расходы на инфраструктуру и обслуживание сетей LPWAN.
Проникающая способность LPWAN-сигнала
Благодаря высокой проникающей способности LPWAN-сеть стабильно работает в условиях плотной городской застройки. Радиосигнал легко преодолевает стены зданий, устройства могут работать даже из подвалов или коммуникационных шахт зданий. Это важный параметр, поскольку, например, счетчики воды часто устанавливаются в стояках, куда не всегда проникает сигнал GSM, а значительная часть инженерных коммуникаций многоквартирных домов или промышленных предприятий находится ниже уровня земли, в колодцах или подвалах зданий.
Производительность LPWAN-станции
Чем меньше базовых станций, тем лучше, так как из-за этого снижаются расходы на поддержание сети. Но с другой стороны, значительно вырастает нагрузка на каждую отдельную станцию. Пропускная способность базовой станции — это ключевой параметр в сетях LPWAN, если говорить о крупных сетях в пределах города или области.
Представьте: такой мегаполис, как Москва, насчитывает сотни тысяч вышек сотовых операторов, которые обеспечивают полное покрытие столицы, а в случае с LPWAN-сетью количество станций, достаточное для ее полного покрытия, ограничивается несколькими десятками, от 40 до 100. В таком случае каждая станция должна выдерживать нагрузку в несколько сотен тысяч различных «умных» приборов учета, датчиков и сенсоров.
Принимая во внимание высокие требования к мощностям станций, «СТРИЖ» применяет технологии параллельной обработки радиосигнала при помощи высокопроизводительных процессоров. Такой подход обеспечивает большую емкость LPWAN-сети,
в которой каждая станция может обрабатывать данные с минимум 2 млн «умных» устройств.
Потребление энергии и автономность
Устройства способны работать в сетях LPWAN в течение многих лет. Их автономность позволяет значительно сократить эксплуатационные расходы, ведь постоянная замена источников питания — дорогое удовольствие, а прокладка слаботочных кабелей далеко не всегда оправданна. К примеру, у датчиков парковки, вмонтированных в дорожное полотно, нет возможности менять источник питания каждые несколько дней.
Большая автономность достигается, с одной стороны, за счет использования высокоемкостных аккумуляторов, не подверженных саморазряду, а с другой — за счет низкого энергопотребления.
В процессе передачи данных устройство потребляет порядка 50 мA в течение нескольких секунд. Этого времени достаточно для передачи данных в сеть. Все остальное время прибор находится в спящем режиме, потребляя несколько микроампер. Каков результат? Аккумуляторная батарея АА-типа работает в течение 10 и более лет, снижая стоимость обслуживания до минимума.
Время задержки передачи сигнала
Время задержки при передаче сигнала не является ключевым требованием в LPWAN-сетях и составляет несколько секунд. Как правило, приложения IoT и M2M не чувствительны к задержке в передаче информации. Посудите сами: некритично, если показания счетчика воды или датчика влажности попадут в личный кабинет диспетчера только через несколько секунд после считывания их сенсором.
Топология LPWAN-сети
Беспроводной сегмент LPWAN-сети использует топологию «звезда» (рис. 3), т. е. все устройства посылают данные напрямую на базовые станции.
Рис. 3. LPWAN-сеть, топология «звезда»
Топология «звезда» дает неоспоримое преимущество для «умной» сети: таким образом намеренно исключаются сложности, связанные с использованием mesh-протокола, который, кроме низкой надежности, провоцирует дополнительный расход энергии на передачу данных между устройствами.
«Умные» устройства, такие как приборы учета, датчики дыма или движения, могут располагаться в пределах жилых домов, офисных зданий или промышленных помещений, но, например, сельскохозяйственным IoT-датчикам, находящимся в полях или овощехранилищах, вне зоны сотовых сетей GPRS/3G, также необходимо передавать телеметрию.
Применение технологий короткого радиуса действия, например ZigBee, будет сопряжено с необходимостью подключения дополнительного канала связи для передачи данных через Интернет на каждом объекте либо установки цепочки ретрансляторов.
В случае же LPWAN-сети базовая станция, обслуживая большое количество устройств, связывается с ними напрямую без использования промежуточных узлов и охватывает сразу несколько объектов в радиусе своего действия.
Такой подход упрощает внедрение решения на одном объекте, так как не требует установки промежуточного оборудования. Достаточно установить и включить конечное устройство. При развертывании сети на нескольких объектах это существенно снижает стоимость оборудования и работ на развертывание сети.
Кроме того, отказоустойчивость всей системы повышается за счет формирования единой точки отказа. К примеру, в ZigBee-системах концентраторы устанавливаются без запаса по охвату, чтобы избежать излишнего удорожания решения. При отказе концентратора пропадают все счетчики в его радиусе действия. Тем временем в случае с LPWAN отказ конечной точки никак не влияет на работоспособность других устройств.
Топология масштабной LPWAN-сети строится по принципу «звезда из звезд» (рис. 4). Каждая базовая станция принимает данные с различных устройств и передает их на сервер для последующей обработки.
Рис. 4. LPWAN-сеть, топология «звезда из звезд»
Стоимость
Масштабируемые технологии должны быть экономными. LPWAN позволяет эффективно управлять своей стоимостью на разных этапах построения сети. Ниже приведены несколько ключевых показателей.
Стоимость развертывания сети
Стоимость ввода в эксплуатацию и поддержания LPWA-сетей — ключевой показатель для поставщиков решений на LPWAN. Учитывая большой радиус действия базовых станций, от 10 до 50 км, LPWAN-сеть может быть развернута на большой территории с помощью относительно небольшого количества станций.
Так, например, «СТРИЖ» добился таких характеристик связи, которые позволяют покрыть город-миллионник одной-двумя LPWAN-станциями. Если провести сравнение с сотовыми сетями, где радиус действия станции ограничен 1–2 км, то для полноценного покрытия города плотность размещения станций будет на один-два порядка выше. Соответственно, пропорционально возрастут и расходы на развертывание и обслуживание такой сети.
Стоимость LPWAN-устройств
По мере популяризации технологии и постепенного уменьшения стоимости компонентов цена устройств будет снижаться. В конечном счете она достигнет такого уровня, при котором использование обычного устройства станет бессмысленным. Так же, как это произошло с обычным проводным телефоном или радиоточкой в квартире — их заменили дешевые беспроводные аналоги.
Стоимость внедрения решений на LPWAN
LPWAN-технология имеет ряд неоспоримых преимуществ, которые позволяют внедрять готовые решения быстрее и дешевле. Особенно ощутимой становится выгода на масштабных проектах, где требуются большое количество автономных устройств и широкий территориальный охват. Отсутствие промежуточного оборудования в виде концентраторов и ретрансляторов значительно снижает общую стоимость проекта.
LPWAN позволяет не только сэкономить на стоимости оборудования, но и сократить смету на пуско-наладочные работы. Процесс запуска готовых систем на LPWAN производится через подключение «умных» устройств по принципу Plug-and-Play. Так, например, счетчики воды устанавливаются так же, как и обычные водомеры, и сразу начинают передавать показания в LPWAN-сеть. Кроме того, такой прибор может установить любой сантехник, в отличие от традиционных решений, ZigBee или GPRS, где требуется настройка и калибровка профессионалом.
Эксплуатационные расходы
Операторы сотовых сетей работают в определенном частотном диапазоне и оплачивают выделенный для них радиочастотный спектр. В итоге стоимость мегагерцев оседает в тарифах на мобильную связь конечных пользователей.
LPWAN-сеть работает в нелицензируемом частотном диапазоне — в частности, в России это 868,8 МГц. Таким образом, использование частотного спектра для конечного потребителя не стоит ничего.
Учитывая высокую автономность и отказоустойчивость LPWAN-систем, эксплуатационные расходы на них минимальны. Замена аккумуляторных батарей происходит раз в несколько лет, а отказ конечных устройств случается редко. Зачастую срок работы «умного» устройства значительно превышает его регламентируемый законодательством эксплуатационный период. Так, например, срок поверки счетчика воды, установленный законодательством, — 6 лет, а расчетный срок работы, определенный производителем, — свыше 10 лет. Похожая ситуация складывается и с другими приборами учета: счетчиками электричества, тепла и газа.
Перспективы LPWAN
Учитывая возрастающую потребность в связи для «Интернета вещей», а также появление компонентной базы для недорогих и компактных устройств, актуальность LPWAN-сетей будет стремительно расти.
Так, по прогнозам исследовательского отчета Gartner, количество «умных» устройств на планете к 2020 г. превысит 21 миллиард. Они будут способны обмениваться информацией по различным каналам связи, и LPWAN станет одним из наиболее подходящих способов межмашинной коммуникации.
Коммерческие и технические достоинства LPWAN позволяют уже сегодня использовать их для создания как локальных, так и территориальных телематических сетей. В дальнейшем этот тренд сохранится, покрытие LPWAN-сетей станет глобальным, а пользователи смогут подключать свои устройства в любой точке планеты.
Универсальность использования LPWAN-сетей в различных отраслях будет стимулировать разработчиков расширять семейство LPWAN-устройств, а их стоимость будет снижаться до уровня традиционных приборов и сенсоров.
Поставщики LPWAN в России и за рубежом
Сегодня на мировом рынке LPWAN работают несколько компаний, которые отличаются друг от друга рабочими бизнес-моделями, используемыми технологиями и характеристиками предлагаемых решений.
Рис. 5. Комплект разработчика для приложений «Интернета вещей»
«СТРИЖ Телематика» — единственный отечественный производитель LPWAN-устройств и поставщик готовых решений для различных отраслевых секторов.
«СТРИЖ» использует собственный протокол связи, в котором применяет запатентованные техники передачи и приема сообщений по узкополосному радиоканалу. Последняя разработка компании — базовые станции на базе графических процессоров NVIDIA CUDA. Производительность станций выросла в более чем в 10 раз, с 250 тыс. устройств до 2–5 млн на одну станцию. Ввод в эксплуатацию секторных антенн, разработанных специально для применения в LPWAN-сетях, и новых вычислительных алгоритмов обработки радиочастотного спектра повысил дальность действия сети более чем в два раза: с 10 до 25 км в городской черте и свыше 50 км на открытой местности.
Компания также разрабатывает LPWAN-решения для ЖКХ, электроэнергетики, аграрной промышленности, сельского хозяйства и безопасности (рис. 5).
Sigfox — французская компания, LPWAN-оператор. Занимается развертыванием LPWAN-сети в Европе. Бизнес-модель основана на предоставлении услуг связи для «умных» устройств. Разработка самих устройств отдается на откуп сторонним производителям на базе радиомодулей различных вендоров.
LoRa — LPWAN-технология, разработанная компанией Semtech, в основе которой лежит широкополосный метод модуляции сигнала. LoRa объединяет в себе метод модуляции и протокол сетевого взаимодействия LoRaWAN. Для работы в сетях LoRa «умные» устройства должны быть разработаны на базе трансиверов Semtech.
Ingenu — американская компания, использующая свой собственный LPWAN-протокол RPMA (Random Phase Multiple Access). В отличие от других технологий, работающих в диапазоне ISM с частотами 868, 433, 915 МГц, RPMA использует частоту сигнала Wi-Fi — 2,4 ГГц. Компания развивает телематическую сеть в США.