Сети передачи данных в Интернете вещей / Олег...
TRANSCRIPT
Сети передачи данных в Интернете вещейОлег АртамоновUnwired Devices
Интернет вещей—
это обеспечение связи там,где раньше это было
невозможноили
экономически неэффективно
Примеры?
• Сельское хозяйство• Животноводство• Транспорт• Промышленность• Энергетика• ЖКХ• «Умный дом» и «умный
офис»
Требования к технологии• Дешевизна —$10 за модем• Экономичность — годы на батарейке• Дальность связи — минимум сотни метров• Компактность — не больше спичечного коробка• Безлицензионность — без претензий Роскомнадзора
Историческое наследие
Wi-Fi• Создавался для локальных сетей• Быстрый, защищённый (в конце концов), универсальный• Ест батарейку, ест ресурсы, невысокая дальность
• Battery-powered Wi-Fi — QCA 4002, ESP8266, TI CC3200, etc. Уже на батарейке, но всё ещё Wi-Fi
• HaLow 802.11ah — от Wi-Fi остался один логотип
Bluetooth• Создавался для мобильных телефонов и их периферии• Куча компромиссов между скоростью, дальностью и батарейкой• Ест батарейку, ест ресурсы, невысокая дальность• Странная топология (точка-точка, 7 клиентов)
• Bluetooth Low Energy (он же Bluetooth Smart) постепенно исправляет недостатки
Сотовая связь (GPRS, EDGE, 3G, LTE)• Создавалась для мобильных телефонов• В обжитых районах инфраструктура есть везде• В необжитых районах её нет и не будет• Развёртывание без лицензии невозможно• Очень неэкономична по отношению к батарейке• Весьма неэкономична по отношению к кошельку
• NB-IoT — новая технология, частично совместимая с оборудованием операторов сотовой связи
Технологии для IoTБлижнего радиуса действия< 1 км
Выросли из «умного дома», конец 90-х годов
• Z-Wave• ZigBee• 6LoWPAN• Thread
Дальнего радиуса действия1 — 50 км
Созданы для промышленного IoT, 2010 год и позже
• LoRa• Sigfox• «Стриж»• NB-IoT
«Умный дом» и «умный офис»• Самоорганизующиеся ячеистые сети• Дальность точка-точка — до десятков метров• Количество устройств в сети — сотни штук• Диапазоны 868 МГц (EU), 915 МГц (US), 2450 МГц
Z-Wave• Все уровни закрыты• Требуется лицензия• 100-% совместимость
• SoC на базе Intel 8051• Только 868 МГц• Максимум 4 хопа• Маршрутизация source routing
APP Закрытый
NET Закрытый
MAC Закрытый
PHY 868 МГц
ZigBee• Все уровни открыты• Лицензия не требуется• Приложения — частичная совместимость
• Любые SoC, включая Cortex-M• Диапазоны 868 МГц и 2450 МГц• Глубина сети — до 30 хопов
APP Открытый
NET Открытый
MAC ОткрытыйIEEE 802.15.4
PHY 868 МГц2450 МГц
6LoWPAN• Все уровни открыты• Лицензия не требуется• Приложения — не стандартизированы• MAC-адреса, IP-адреса, сокеты• Стыковка с обычными IP-сетями
• Любые SoC, включая Cortex-M• Диапазоны 868 МГц и 2450 МГц• Глубина сети — более 200 хопов
APP Отсутствует
NET ОткрытыйIPv6
MAC ОткрытыйIEEE 802.15.4
PHY 868 МГц2450 МГц
Thread• Уровень приложений поверх 6LoWPAN
• Невнятный статус открытости (Thread Group vs. OpenThread)• Практически нулевая поддержка в
индустрии
APP Приоткрытый
NET ОткрытыйIPv6
MAC ОткрытыйIEEE 802.15.4
PHY 868 МГц2450 МГц
Дальняя связь• Сети топологии «звезда», сотовые, иногда радиорелейные сети• Дальность точка-точка — километры• Количество устройств в сети — огромное• Диапазоны 868 МГц (EU), 915 МГц (US)
Три технологии на рынке СНГ
LoRa / LoRaWAN Стриж Sigfox
P.S. В следующем году обещают ещё и NB-IoT.
Нюансы лицензирования
Нюансы технологийSigFox Стриж LoRa/LoRaWAN NB-IoT
Тип сигнала Сверхузкополосный(100 Гц)
Сверхузкополосный(100 Гц)
Широкополосный(125 кГц)
Широкополосный(180 кГц)
Излучаемая мощность
25 мВт 25 мВт 25 мВт 100 мВт
Скорость передачи данных
100 бит/с 100 бит/с От 300 бит/с до5 кбит/с
20 кбит/с
Двунаправленная связь
Почти нет С оговорками Есть Есть
Расстояние связи До 30 км До 30 км До 30 км До 35 км
Расстояние связи в городе
1-5 км 1-5 км 1-5 км 1-5 км
Помехоустойчивость Высокая Высокая Средняя Средняя (но есть нюанс)
Использование спектра
500 кГц (868,7 — 869,2 МГц)
500 кГц (868,7 — 869,2 МГц)
Канал 1 Канал 2
LoRa — два канала по 125 кГц
Узкополосные системы — тысячи каналов по 100 Гц
Проблема точной частоты• Кварцевый резонатор — ±(10±15) ppm — $0,25• Термокомпенсированный генератор (TCXO) — ±1 ppm — $1• Прецизионный TCXO — ±0,2 ppm — $45
25 ppm от 868 МГц = 21,7 кГц
125 кГц
Ожидаемая частота Реальная частота
Широкополосная система Узкополосная система
Ожидаемая частота Реальная частота
21,7 кГц21,7 кГц 0,1 кГц
Три класса устройств
A
B
C
Передаём информацию — потом N секунд слушаем ответ БСLoRa: режим поддерживаетсяUNB: режим поддерживается
Слушаем БС по расписаниюLoRa: режим поддерживаетсяUNB: не поддерживается
Слушаем БС непрерывноLoRa: режим поддерживаетсяUNB: не поддерживается
Скорость передачиS = W × log2(1 + P/WN0)
• SNR=0 дБ → ~100 бит/с• SNR=30 дБ → UNB 1 кбит/с• SNR=30 дБ → LoRa 100 кбит/с
На практике:• UNB — 100 бит/с• LoRa — до 5 кбит/с
0 10 20 30 40 50 60100
1000
10000
100000
1000000
10000000
Предел Шеннона для технологий UNB и LoRa
UNB 100 Гц LoRa 125 кГц
Отношение сигнал/шум, дБ
Пред
ел Ш
енно
на, б
ит/с
Топология сети: сотовая сетьАбоненты
Другие БС сети
Сервер сетиБазовая станцияSigfox
Стриж
LoRa (LoRaWAN)
NB-IoT
Облако
Пользователи
Топология сети: локальная сетьАбоненты Базовая станция
Sigfox
Стриж
LoRa (LoRaWAN)
NB-IoT
Диспетчерский терминал
Топология сети: радиорелейная сеть
Абоненты Базовая станцияSigfox
Стриж
LoRa (LoRaWAN)
NB-IoT
Диспетчерскийтерминал
Спасибо!Олег Артамонов[email protected]