Che cos'è una rete geografica a bassa potenza e quali sono i suoi usi?

Internet continua a crescere e l'Internet of Things (IoT) è un'area che continua a crescere a un ritmo sostenuto. Le reti LPWAN (Low-Powered Wide Area Network) stanno guidando gran parte di questa crescita, un tipo di connessione a bassa potenza per una rete geografica utile per la distribuzione e l'utilizzo dell'IoT.

Quindi, diamo un'occhiata più da vicino alle LPWAN, ai diversi tipi di LPWAN e ad alcuni esempi reali di come vengono utilizzate.

Cos'è l'IoT?

Per capire le LPWAN, devi capire cos'è l'IoT. Non abbiamo bisogno di trattare questo argomento in modo approfondito, ma un po' di conoscenza farà molto per aiutare a comprendere gli LPWAN.

Il termine IoT si riferisce a dispositivi fisici interconnessi. Questi dispositivi includono qualsiasi cosa, dai termostati intelligenti in casa ai lampioni intelligenti in una città.

Alcuni comuni dispositivi abilitati per l'IoT includono:

• Dispositivi domestici intelligenti: Termostati, illuminazione, telecamere di sicurezza
• Industriale: Sensori nelle apparecchiature di produzione, sensori di controllo delle scorte
• Città intelligente: Illuminazione stradale e semaforica, trasporto pubblico
• Agricoltura: sensori del suolo, irrigazione intelligente, controllo del bestiame

Questi sono solo alcuni dei modi in cui viene utilizzato l'IoT. Tuttavia, affinché i sistemi IoT funzionino, devono essere connessi e spesso le LPWAN svolgono questo ruolo.

Cos'è un LPWAN?

Una LPWAN è una rete di comunicazione wireless in grado di fornire trasmissioni di dati a bassa larghezza di banda e bassa potenza su una vasta area. A causa dell'area che un LPWAN può coprire, è perfetto per aiutare le reti IoT a comunicare.

Un LPWAN non ha una dimensione specifica dell'area fissa che può coprire. La copertura dipende da diversi fattori, tra cui la tecnologia di trasmissione, il numero di dispositivi IoT connessi, le velocità dati disponibili e altro ancora. Inoltre, altri fattori influenzano la copertura e la trasmissione LPWAN, come gli ostacoli ambientali.

Come funzionano le LPWAN?

Le proprietà a basso consumo delle LPWAN sono la chiave della loro funzionalità. I dispositivi IoT sono spesso dispositivi alimentati a batteria e a basso consumo energetico. Inoltre, la maggior parte dei dispositivi IoT trasmette piccole quantità di dati a velocità in bit basse. Questo rende le LPWAN ideali per collegare questi dispositivi su lunghe distanze utilizzando un minimo di energia.

Le LPWAN utilizzano principalmente frequenze radio senza licenza. Ciò annulla la necessità di licenze e riduce i costi. Il modo in cui i dati vengono codificati e trasmessi dipende dal tipo di LPWAN. Ma al centro di ogni tipo c'è una tecnica di modulazione progettata per trasmettere dati su lunghe distanze con interferenze minime.

Alcuni dei metodi utilizzati per raggiungere questo obiettivo includono:

• Utilizzo di codici di correzione degli errori
• Diffusione del segnale (diffonde il segnale su un'ampia banda di frequenza)
• Riduzione della velocità dei dati

È abbastanza utile pensare in termini di un rubinetto dell'acqua. Accendilo al massimo e avrai un flusso potente; questo potrebbe essere paragonato a una rete WAN (Wide Area Network) tradizionale con molti dati (acqua) che scorrono molto rapidamente. Lo svantaggio è che questo richiede molta potenza per mantenere il flusso in funzione.

Riduci quel flusso a un gocciolamento costante e avrai un LPWAN. L'acqua percorrerà ancora la stessa distanza, ma è necessaria poca potenza per mantenere il flusso del rivolo.

3 principali vantaggi delle LPWAN

Il motivo per cui le LPWAN vengono utilizzate per connettere i dispositivi IoT può essere riassunto considerando tre vantaggi chiave offerti da questi tipi di reti.

1. Costo: Il costo di una LPWAN è inferiore rispetto a una WAN tradizionale. Sia dal punto di vista dei costi hardware che di implementazione, le LPWAN offrono una soluzione di connettività a basso costo.
2. Allineare: La portata di una LPWAN varia a seconda di fattori come la topologia, i requisiti di progettazione, le condizioni ambientali e le interferenze. Una rete tipica può operare su un raggio di circa sei miglia. Ma come vedremo nella prossima sezione, alcuni tipi di LPWAN vantano una portata massima di circa 25 miglia.
3. Energia: I ricetrasmettitori LPWAN, i sensori e altri elementi sono in genere dispositivi a bassa potenza. Ad esempio, molti di essi sono alimentati da batterie ed è normale che l'aspettativa di vita di una batteria venga misurata in anni.

Questi attributi contribuiscono all'adozione di LPWAN come principale forma di connettività per milioni di dispositivi IoT.

I principali tipi di LPWAN

Esistono diversi tipi distinti di LPWAN. Il tipo di LPWAN scelto dipende da diversi fattori. Ad esempio, il tipo Sigfox di LPWAN vanta una portata fino a 25 miglia; questo lo rende vantaggioso dove i dispositivi sono sparsi su un lungo raggio.

Ecco alcuni dei tipi più comuni di LPWAN:

• LoRaWAN: Questo utilizza una tecnica chiamata Chirp Spread Modulation per ottenere comunicazioni a lunga distanza. La stessa tecnica gli consente di raggiungere questo obiettivo con un consumo energetico molto basso. Le LoRaWAN offrono diversi vantaggi, tra cui costi contenuti e scalabilità. Ha anche il supporto per le funzionalità di geolocalizzazione e la comunicazione bidirezionale.
• NB-IoT: Si tratta di una LPWAN che opera su reti cellulari. Ciò consente di mantenere le caratteristiche distintive di una LPWAN, ma ha i vantaggi aggiuntivi di una maggiore velocità dei dati e una maggiore sicurezza.
• SigFox: Sigfox è un servizio LPWAN proprietario che vanta una copertura globale. Utilizza la modulazione a banda ultra stretta per soddisfare la portata e i requisiti di alimentazione dei dispositivi collegati e, in condizioni ottimali, può raggiungere una portata fino a 25 miglia.
• Senza peso: Weightless raggiunge i suoi obiettivi LPWAN di connettività a lunga distanza ea bassa potenza utilizzando la modulazione di frequenza a banda larga e il multiplexing di frequenza ortogonale. Questo è un altro servizio che ha una copertura globale.

Come puoi vedere, ci sono diverse interpretazioni su come raggiungere gli obiettivi di una LPWAN. Tuttavia, gran parte di ciò che guida la scelta di una LPWAN dipende dalle funzioni che dovrebbe svolgere, il che si comprende meglio osservando alcuni dei modi in cui le LPWAN vengono utilizzate.

A cosa servono le LPWAN?

Ne abbiamo già parlato, ma il modo migliore per comprendere appieno come funzionano le LPWAN è discutere alcuni scenari del mondo reale in cui vengono utilizzati dispositivi IoT.

Città intelligenti

Le città utilizzano sempre più LPWAN con grande efficacia. Alcuni dei modi comuni in cui vengono utilizzati includono:

• Illuminazione stradale intelligente: I lampioni intelligenti utilizzano LPWAN per diversi usi. Il più comune è il risparmio energetico regolando la luminosità delle luci in base a fattori come le condizioni climatiche, l'ora del giorno e il livello di attività in strada.
• Semafori intelligenti: Questi vengono utilizzati per alleviare la congestione dando la priorità ai semafori per ottimizzare il flusso del traffico
• Parcheggio intelligente: I sensori possono essere utilizzati per monitorare la disponibilità di posti auto.

Il passaggio a città più intelligenti è progettato per migliorare la qualità della vita dei residenti e ridurre l'impronta di carbonio e le bollette energetiche dei comuni.

agricoltura

L'agricoltura è un altro settore che ha visto un rapido aumento dell'uso di dispositivi IoT e LPWAN. Ecco alcuni dei modi in cui le LPWAN aiutano gli agricoltori:

• Monitoraggio del suolo: LPWAN e sensori possono monitorare le condizioni del suolo come l'umidità e la temperatura. Ciò consente agli agricoltori di risparmiare acqua irrigando solo dove e quando è necessario.
• Controllo del bestiame: La posizione del bestiame può essere utilizzata dai sensori collegati a un LPWAN.

Questo è un altro settore in cui una LPWAN può tagliare i costi e ridurre l'impatto ambientale delle pratiche agricole.

Assistenza sanitaria

Le LPWAN stanno trasformando l'assistenza sanitaria e il modo in cui monitoriamo pazienti e condizioni. Tra gli usi della tecnologia ci sono:

• Fornire informazioni in tempo reale sullo stato di salute del paziente utilizzando dispositivi di monitoraggio remoto del paziente
• Tieni traccia dello stato e della posizione delle apparecchiature
• Monitorare e regolare le condizioni ambientali all'interno delle strutture sanitarie

Nel complesso, LPWANS può aiutare a semplificare il trattamento dei pazienti e ridurre allo stesso tempo le spese generali.

LPWAN: lento e costante vince la gara

Le LPWAN sono gli eroi non celebrati di un mondo sempre più connesso. Utilizzando un approccio lento e costante al trasferimento dei dati, queste reti stanno rendendo le nostre città più intelligenti, le nostre case più sicure e la nostra agricoltura più efficiente.

Il potere delle informazioni non riguarda solo i "big data"; a volte, le piccole cose nella vita contano.