LPWAN Là Gì? Các Công Nghệ LPWAN Phổ Biến Nhất Hiện Nay

LPWAN là gì? LPWAN là một loại mạng không dây đang thu hút sự chú ý lớn trong cộng đồng IoT. Với sự gia tăng đáng kể về số lượng thiết bị IoT được triển khai trong nhiều lĩnh vực khác nhau như quản lý đô thị thông minh, nông nghiệp 4.0 và công nghiệp sản xuất, LPWAN đã nhanh chóng trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng đòi hỏi kết nối mạng lớn, ổn định và đồng thời tiết kiệm năng lượng. 

Trong bài viết sau, chúng tôi sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về LPWAN. Hãy cùng theo dõi nhé!

LPWAN là gì?

LPWAN (Low Power Wide Area Network) là một loại mạng không dây được thiết kế để kết nối các thiết bị IoT, nó cung cấp khả năng truyền thông không dây rộng lớn mà tiêu tốn ít năng lượng. Công nghệ này cho phép truyền thông từ vài km đến vài chục km, tùy thuộc vào điều kiện môi trường, với chi phí vận hành thấp và tuổi thọ pin cao.

LPWAN thường được sử dụng trong các ứng dụng cần kết nối mạng lớn, như theo dõi địa lý, quản lý hạ tầng, theo dõi và điều khiển từ xa, nông nghiệp thông minh và nhiều ứng dụng IoT khác. Một số công nghệ LPWAN phổ biến bao gồm LoRaWAN, NB-IoT (Narrowband IoT) và Sigfox. Các ứng dụng của LPWAN ngày càng phổ biến do khả năng kết nối nhiều thiết bị trong các khu vực rộng lớn mà không cần nhiều năng lượng.

>> Xem thêm: IoT là gì?

Đặc điểm chung của công nghệ LPWAN

• Phạm vi phủ sóng hạn chế hoặc từ xa: Các LPWAN thường được sử dụng để cung cấp phạm vi phủ sóng cho các thiết bị ở những vị trí khó tiếp cận. Một số công nghệ tập trung hơn vào khoảng cách và những cơ sở ngầm khác.
• Hiệu suất năng lượng: Tìm hiểu LPWAN là gì ta biết được hầu hết các công nghệ LPWAN được thiết kế để kéo dài tuổi thọ pin của một thiết bị – đôi khi lên đến mười năm. Trong khi chúng có các phương pháp khác nhau để giảm tiêu thụ điện, hầu hết đều cho phép thiết bị ngắt kết nối khi không thu thập và gửi dữ liệu như một cách chính để đạt được hiệu suất.
• Bảo mật và riêng tư: Hầu hết hưởng lợi từ các tính năng bảo mật của các mạng di động, bao gồm xác thực, nhận dạng thiết bị, bảo mật thông tin người dùng cũng như tính toàn vẹn dữ liệu.

Trong khi một số tính năng được chia sẻ, một số khác chỉ có sẵn với các giải pháp cụ thể. Do đó, việc đánh giá tất cả chúng là quan trọng để xác định cái nào phù hợp nhất với yêu cầu của bạn.

Ứng dụng LPWAN là gì?

Với yêu cầu về điện năng giảm, phạm vi hoạt động lớn hơn và chi phí thấp hơn so với các mạng di động truyền thống, các LPWAN hỗ trợ một số ứng dụng M2M và IoT, nhiều ứng dụng trong số đó trước đây bị hạn chế bởi ngân sách và vấn đề về điện.

Việc lựa chọn một LPWAN phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể, đặc biệt là tốc độ mong muốn, lượng dữ liệu và khu vực được bao phủ. Các LPWAN thích hợp nhất cho các ứng dụng yêu cầu giao thông tin lên không thường xuyên của các tin nhắn nhỏ. Hầu hết các công nghệ LPWAN cũng có khả năng giao thông tin xuống.

Các LPWAN thường được sử dụng trong các ứng dụng cụ thể bao gồm đo đạc thông minh, chiếu sáng thông minh, giám sát và theo dõi tài sản, các đô thị thông minh, nông nghiệp chính xác, giám sát chăn nuôi, quản lý năng lượng, sản xuất và triển khai IoT công nghiệp.

Bảo mật LPWAN

Các công nghệ LPWAN khác nhau cung cấp các mức độ bảo mật khác nhau. Hầu hết bao gồm xác thực thiết bị hoặc người đăng ký, xác thực mạng, bảo vệ danh tính, mã hóa tiêu chuẩn nâng cao (AES), bảo mật tin nhắn và cung cấp khóa.

Tương lai của LPWAN là gì?

Là một công nghệ khá mới, bối cảnh LPWAN đang thay đổi liên tục và chưa đến trình độ chín muồi. Hiện tại, chưa rõ công nghệ LPWAN nào sẽ chiến thắng cuối cùng, đặc biệt là khi tốc độ mở rộng thị trường cũng chưa được công bố. Hiệu suất dài hạn của mỗi biến thể LPWAN cũng không chắc chắn, vì nhiều cái đang ở giai đoạn triển khai ban đầu và thử nghiệm thực tế ở tỷ lệ lớn vẫn chưa hoàn thành.

Một số công nghệ LPWAN phổ biến hiện nay

LTE-M (CAT-M)

LTE-M là một công nghệ sóng radio được xây dựng để hỗ trợ tuổi thọ thiết bị và pin lâu hơn bằng cách cho phép nó “ngủ” khi không sử dụng. LTE-M tương thích với các mạng LTE và tận dụng các trạm cơ sở LTE hiện có. Điều này cho phép di động của thiết bị và cũng có nghĩa là không cần anten mới để hoạt động – các nhà mạng chỉ cần tải lên phần mềm mới. Một số lợi ích chính của LTE-M là:

• Hỗ trợ rộng rãi trên các nhà sản xuất thiết bị di động, chipset và mô-đun.
• Hỗ trợ truyền thông song hành đầy đủ cho việc truyền thông hai chiều đồng thời.
• Độ trễ tối thiểu khoảng 10-15 milliseconds.
• Tỷ lệ thông lượng dữ liệu cao cho phép truyền tải thoại và video cũng như nâng cấp nhanh hơn.
• Tìm hiểu về LTE-M, một công nghệ LPWAN là gì, ta thấy nó hỗ trợ cho việc di chuyển tài sản để các thiết bị di động có thể hoạt động mà không bị gián đoạn.
• Chi phí triển khai thấp thông qua việc sử dụng phần cứng cơ sở hạ tầng LTE hiện có.
• Chi phí truyền dữ liệu thấp.

Các tổ chức nên xem xét LTE-M khi:

• Tính di động của thiết bị là cần thiết.
• Thiết bị sẽ được đặt ở vùng nông thôn hoặc vùng sâu vùng xa.
• Tốc độ cho các ứng dụng quan trọng cho nhiệm vụ là quan trọng.
• Lượng dữ liệu lớn, bao gồm các tập tin lớn, âm thanh hoặc video sẽ được truyền.
• Yêu cầu truyền thông hai chiều đồng thời.
• Thiết bị yêu cầu tuổi thọ pin kéo dài.

NB-IoT

NB-IoT là một công nghệ LPWAN khác được thiết kế để giảm tiêu thụ năng lượng và cải thiện khả năng chứa đựng hệ thống và hiệu suất phổ tần, đặc biệt là ở những địa điểm sâu và xa. Ưu điểm chính của NB-IoT là tiết kiệm chi phí được tạo ra từ hai yếu tố: Sự thiếu phức tạp trong công nghệ cơ bản của nó và sự thiếu cần thiết của cổng kết nối di động để tổng hợp và truyền dữ liệu cảm biến. 

Một số lợi ích chính của NB-IoT là:

• Chi phí sản xuất thiết bị thấp hơn được tạo ra từ cấu trúc đơn giản hơn và sử dụng chip được thiết kế đặc biệt cho NB-IoT.
• Hiệu suất năng lượng do dạng sóng đơn giản hơn và khả năng “ngủ” khi không sử dụng.
• Phạm vi phủ sóng mạnh mẽ sâu bên trong môi trường đô thị.
• Bảo mật (riêng tư người dùng, xác thực và tính toàn vẹn dữ liệu) bằng cách tận dụng các tính năng bảo mật hiện có của các mạng di động.
• Độ tin cậy và đảm bảo chất lượng dịch vụ được đạt được bằng cách hoạt động trong phạm vi phân phối giấy phép.
• Tính mở rộng để hỗ trợ một số lượng lớn các thiết bị trên diện rộng địa lý.
• Việc triển khai đơn giản được đạt được bằng cách cài đặt trên các mạng hiện tại và tận dụng cơ sở hạ tầng di động hiện có.

Các tổ chức nên xem xét NB-IoT khi:

• Thiết bị sẽ được đặt ở vị trí ngầm hoặc khó tiếp cận.
• Nó sẽ không yêu cầu di động.
• Nó sẽ không yêu cầu băng thông cao cần thiết để truyền tải lượng lớn dữ liệu, bao gồm các tập tin lớn, âm thanh hoặc video.
• Nó sẽ yêu cầu tuổi thọ pin kéo dài.
• Một giải pháp có khả năng mở rộng cao được yêu cầu để xử lý mạng lưới lớn của cảm biến.

LoRaWAN

 

LoRaWAN sử dụng các cổng kết nối để truyền tải thông điệp giữa các thiết bị và máy chủ mạng. Những cổng kết nối này chuyển đổi các gói tần số radio mà chúng nhận được từ các điểm cuối thành các gói IP di chuyển qua mạng.

Một máy chủ mạng LoRaWAN tối đa hóa khả năng chứa đựng của mạng và tuổi thọ pin bằng cách sử dụng tỷ lệ dữ liệu thích ứng (ADR), cho phép thương lượng động giữa phạm vi truyền thông và thời gian tin nhắn cho mỗi điểm cuối một cách riêng biệt. 

Một số lợi ích chính của LoRaWAN là:

• Phạm vi phủ sóng rộng từ 5 đến 15 km, với phạm vi ngắn hơn ở khu vực đô thị.
• Có thể quản lý hàng ngàn thiết bị IoT hoặc nút bằng một cổng kết nối duy nhất.
• Hoạt động trong các dải ISM MHz có sẵn trên toàn cầu.
• Kiến trúc đơn giản cho việc triển khai tương đối dễ dàng.
• Tuổi thọ pin và khả năng chứa đựng mạng tối đa thông qua kỹ thuật Adaptive Data Rate.
• Đã là một giải pháp rộng rãi và đáng tin cậy cho các ứng dụng IoT.
• Hỗ trợ các thiết bị cuối Class A, B và C.

Các tổ chức nên xem xét LoRaWAN khi:

• Yêu cầu phạm vi phủ sóng rộng.
• Không cần tốc độ dữ liệu trên 27 Kbps.
• Độ trễ không phải là một vấn đề: Không có ứng dụng thời gian thực hoặc quan trọng.
• Thời gian hạn chế trong đó kênh có thể được chiếm dụng (chu kỳ nhiệm vụ) sẽ không gây ảnh hưởng đến hoạt động thiết bị quan trọng.

Sigfox

Tìm hiểu về các loại LPWAN là gì, bạn sẽ biết được Sigfox l một mạng LPWA độc quyền do một công ty Pháp cung cấp, hiện đang là một trong những mạng LPWA lớn. Nó sử dụng tần số không cấp phép trong dải 868 MHz hoặc 902 MHz. Có đặc trưng là một sóng radio siêu hẹp, nó cung cấp phạm vi phủ sóng xa, nhưng với tốc độ truyền dữ liệu thấp.

Mỗi thông điệp có băng thông 100 Hz với tốc độ truyền tải là 100 hoặc 600 bit mỗi giây tùy thuộc vào khu vực. Giao tiếp trở lại với thiết bị bị giới hạn, khiến nó trở thành một lựa chọn kém cho các ứng dụng yêu cầu giao tiếp hai chiều. Mỗi thông điệp uplink có tải trọng tối đa là 12 byte.

Ở các khu vực nông thôn, lý thuyết nó có thể giao tiếp qua các khoảng cách lên đến hơn 30 dặm bằng cách sử dụng kiến trúc mạng ngôi sao, trong đó bất kỳ phát sóng nào cũng có thể được nhận bởi bất kỳ trạm cơ sở nào trong phạm vi. Không giống như các giao thức mở, cách duy nhất để có và sử dụng Sigfox là thông qua công ty đó.

Lời kết

Vậy là chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu LPWAN là gì, đặc điểm cũng như những ứng dụng của nó. Tóm lại, LPWAN đã mang lại sự tiện lợi và hiệu quả cho việc kết nối hàng triệu thiết bị từ xa với mức tiêu thụ năng lượng thấp, chi phí vận hành hợp lý và khả năng mở rộng linh hoạt. 

Cảm ơn các bạn đã xem bài viết, hãy tiếp tục truy cập Website hoặc Fanpage của chúng tôi để khám phá thêm những chủ đề hấp dẫn khác nhé!