¿Qué es la eficiencia energética LPWAN? ¿El dispositivo NB-IoT durará 10 años con la energía de la batería?

¡Hola a todos los queridos lectores de Habr!





Yo, Sheptovetsky Alexander, recientemente me he ocupado profesionalmente de varios problemas de la eficiencia de varios sistemas LPWAN de Internet de las cosas y me gustaría hablar en este sitio como un experto en esta área.





En Internet, puede encontrar mucha información diversa sobre el funcionamiento de LPWAN, pero, desafortunadamente, los propios fabricantes destacan algunas características específicas muy importantes del funcionamiento de LPWAN, que están interesados ​​en mostrar su tecnología solo de la mejor manera. Se declara que todos los sistemas tienen un amplio rango de funcionamiento, todos los dispositivos funcionan con baterías durante 10 años, todos prometen seguridad y fiabilidad del sistema sin precedentes. Los expertos independientes, por regla general, simplemente reimprimen la información publicitaria en forma de tablas comparativas con un conjunto de varios parámetros, a menudo sin comprender qué significan estos números para el consumidor.





Quiero anunciar una serie de artículos en los que intentaré aclarar las características clave del funcionamiento de los sistemas LPWAN, la eficiencia energética, el alcance, la duración de la batería, el ancho de banda, la seguridad y mucho más. Intentaré ser lo más objetivo posible.





El primer artículo se dedicará a la cuestión de qué es la eficiencia energética proyectada en las soluciones NB-IoT, en el siguiente discutiremos la eficiencia energética de las soluciones sin licencia, los problemas con el alcance, el ancho de banda, la seguridad y algunos otros aspectos.





Cómo medir la eficiencia energética 





Al describir los sistemas LPWAN, la palabra eficiencia energética se usa constantemente, ¿qué significa y se puede medir?





, .  LPWAN  10 , ?





, . -T L.1310 , « , ».





 LPWAN  , , « ». , , . 





- , .





, , . , . .





Figura 1. Colocación de LPWAN
1. LPWAN

: «  ,  . 2-  3-.». 





: « , ».





= Constant





LPWAN  3,6 , - (), , - (). , LoRaWAN, 1,6 20 , 100 2000 .  SigFox  , 6,2 78 ( Rohde & Schwarz , - 106 , ). , ,  SigFox  3,8 ,  LoRaWAN ! ! , , !





. , ,  Bluetooth . BLE  0dBm  1 7 , . 1000 15 , 470 , 2,1 !





Bluetooth  ,  LoRaWAN  SigFox





 NB-IoT. 





 NB-IoT





 NB-IoT  , NB-IoT - LPWAN   LPWAN , ,  LoRaWAN, SigFox  .. ,  LPWAN  - NB-IoT. 





3GPP  , NB-IoT . , .  GPS  , NB-IoT , : "NB-IoT , ", 2G , , 2 NB-IoT . NB-IoT 2G 2 . , ?





, . , NB-IoT , LTE, , - , .





NB-IoT , - , - LoRaWAN. ( «Exploring the Performance Boundaries of NB-IoT»).





Figura 2: dispersión de energía para la transmisión de datos en función del modo de funcionamiento
2.
Figura 3. Relación señal / ruido
3. /

 NB-IoT   PSM. 2 3 ( «Exploring the Performance Boundaries of NB-IoT») , .





,  NB-IoT , , LTE 5G, , .





NB-IoT  «Narrowband IoT Device Energy Consumption Characterization and Optimizations».





, NB-IoT, 4G 5G , (SC), .





Figura 4. Porcentaje de tiempo dedicado a varias operaciones en funcionamiento (excluyendo el cifrado IMSI).
4. , ( IMSI ).

, .  SC (, TAU).





 NB-IoT  : , .  PSM 3GPP, .  — , (RA), , ( , , / ), IMSI . .





, . , RA, Attach Active Waiting.





, NB-IoT , , , ( 128 2048 ).





5 10  «Narrowband IoTDevice Energy Consumption Characterization and Optimizations». , 1 000 12 . 





Fig 5. Energía para la transmisión periódica de datos en función de la calidad de la cobertura (normal, robusta, extrema).  El dispositivo A es GPy de Pycom, B es BC95 de Quectel, C es SARA-N2 de Sodaq.
5. (normal, robust, extreme). A - GPy Pycom, B - BC95 Quectel, C - SARA-N2 Sodaq.

5  NB-IoT . , , 10 5,5 55 - , . 3,6 460 4 600 . , , ! ! 1 700 6 700 . , 10 «» 150 000 .





 NB-IoT   NB-IoT. : , , , . , :









NB-IoT





LoRaWAN





SigFox





2 *





400





29





128





2





5 000





70 000





15 600





10 2





1,1





1,3





3,5





2





6,8





7,8





1,8





 *-  NB-IoT  «Narrowband IoT Device Energy Consumption Characterization and Optimizations», ( ). , , .





:





  • LPWAN -,  .





  •  LPWAN  ( - ).





  • Los sensores basados ​​en NB-IoT tendrán un consumo muy amplio en función del fabricante, la red operativa y las condiciones operativas. Un mismo sensor en algunas condiciones vivirá durante 10 años, y en otras no durará ni un par de meses. 





Resulta que los sensores NB-IoT, a pesar de que operan a frecuencias dedicadas, en condiciones reales de uso masivo perderán en el sector energético frente a las soluciones LPWAN de baja potencia que operan en el rango de frecuencia sin licencia.








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