Síťové technologie LPWAN pro Internet věcí – 3. díl

Technologie LPWAN jsou původně všechno proprietární systémy, které byly vyvinuty a specifikovány nějakou společností nebo byl standard vytvořen v rámci určité aliance jako LoRa Alliance, Weightless SIG či DASH7 Alliance. Očekávaný rozvoj těchto systémů ovšem bude ovšem vyžadovat standardizaci na mnohem vyšší úrovni.

Standardizace

Proto již v roce 2012 bylo v rámci ETSI zřízena skupina Low Throughput Networks (LTN), jejímž úkolem je specifikovat nové úzkopásmové rádiové technologie. Koncem září 2014 jsou pak zveřejněny tři nové specifikace: GS LTN 001 obsahující možnosti využití [3], GS LTN 002 popisující funkční architekturu [4] a GS LTN 003 definující protokoly a rozhraní [5]. Obr. 1 ukazuje základní přehled sítě LTN, složená šipka ukazuje oblast kterou specifikace LTN pokrývají. LTN je samostatná síť, která poskytuje otevřená rozhraní pro soustavu koncových bodů, přístupových bodů, sítí a poskytovatelů služeb. Rozhraní A je rádiové rozhraní využívající technologie UNB nebo OSSS, podrobněji popsané v dokumentu [3]. Rozhraní B je rozhraní mezi přístupovými body a servery LTN a obvykle je jedná o WAN založenou na IP a využívající technologie jako ADSL, optické vlákno, mikrovlnné spoje nebo družicové spojení. Rozhraní C je rozhraní mezi LTN serverem a poskytovatelem aplikace a je založeno na standardním IP.

Sítě LTN se od klasických rádiových sítí odlišují zejména velmi nízkou spotřebou koncových zařízení, vysokou optimalizaci datových rychlostí, vysokým výkonovým rozpočtem pro zdokonalené pokrytí (ve městě, pod zemí i ve volném prostranství), nízkými provozními náklady a nízkými náklady na vlastnictví. Typické vlastnosti aplikací v rámci LTN zahrnují:

-        Denní objem dat typicky 200 bajtů a maximálně 5 kB.

-        Objem uživatelských informací typicky 12 bajtů (maximální 255 bajtů).

-        Okamžitá propustnost 10 až 1000 bit/s (maximálně 50 kb/s) s technologií, která bude umožňovat adaptivní korelaci propustnosti k výkonovému rozpočtu.

-        Schopnost zpracovat až 10 připojených objektů na obyvatele.

-        Schopnost zajišťovat bezpečnostní funkce mezi LTN objekty a platformou poskytovatele aplikace., tj. spoofing, detekci krádeže, neoprávněná manipulace, plovoucí kód apod.

Zdroj: ETSI

Obr. 1Obr. 1 Přehled sítě LTN

Typické oblasti využití.

Většina aplikací LPWAN se týká odesílání zpráv a údajů ze statických nebo kvazi-statických objektů (např. zvířata), Obecně se používá topologie bod-mnohobod s jednou základnovou stanicí, která pokrývá širokou oblast a obsluhuje velké množství koncových stanic. U konkrétních aplikací vysílají koncová zařízení senzorová data, výstrahy a potvrzení a back-end servery odesílají povely, potvrzení a aktualizace. Požadavky jednotlivých aplikací na přenosovou kapacitu, latenci, energetický rozpočet, četnost odesílání zpráv, zabezpečení, spolehlivost, možnosti aktualizace apod. budou záviset na konkrétních požadavcích na komerčně poskytované služby.

Typické oblasti využití jsou chytrá města (např. parkování, dálkový odečet, veřejné osvětlení, odvoz odpadu, cyklostojany, monitorování znečištění prostředí apod.); infrastruktura (rozvod vody, plynu a elektřiny, řízení a monitorování dopravy, monitorování potrubí a kanalizačních stok); zdravotnictví (monitorování pacientů či stavu a využití domácích lékařských zařízení), logistika (sledování zboží a prostředí, v němž je skladováno); zemědělství (monitorování kvality půdy, hospodářských i domácích zvířat, počasí, zavlažování); vzdálené monitorování komerčních i obytných budov, připojené automobily, průmyslová výroba, zabezpečení atd. Tabulka 2 ukazuje nároky některých aplikací na straně koncového zařízení i back-end serveru z hlediska objemu a četnosti odesílaných dat.

Koncové zařízení

Back-end server

Četnost

Data

Četnost

Data

Odečet vody

1/den

200 B

1/týden

50 B

Odečet plynu

4/hod.

100 B

1/týden

50 B

Odečet elektřiny

1/hod.

1–5 kB

1/den

50–200 B

Monitorování znečištění

1/hod.

1 kB

2/den

1 kB

Výstraha znečištění

4/hod.

5 kB

1/týden

1 kB

Veřejné osvětlení

1/den

20 kB

2/den

1 kB

Správa parkování

1/hod.

100 B

1/den

100 B

Zavlažování

2/den

100 B

1/den

100 B

Pronájem bicyklů

4/hod.

50 B

1/hod.

50 B

Tabulka 2. Nároky některých aplikací z hlediska objemu a četnosti odesílaných dat