Связь в интернете вещей: LoRa против UNB. Часть 1: физика

    Первая из серии статей, посвящённой описанию основных отличий технологий маломощной дальнобойной радиосвязи, получающей сейчас распространение в системах Интернета вещей: широкополосной связи LoRa от узкополосных (UNB, Ultra Narrow Band) систем, таких как Sigfox и «Стриж»

    1. Связь в интернете вещей: LoRa против UNB. Часть 1: физика
    2. Связь в интернете вещей: LoRa против UNB. Часть 2: бизнес
    3. Связь в интернете вещей: LoRa против UNB. Часть 3: технические тонкости
    4. Связь в интернете вещей: LoRa против UNB. Часть 4: сети и оборудование LoRa

    Тема маломощной радиосвязи, позволяющей, не выходя за рамки безлицензионных диапазонов (то есть, как правило, за мощность 25 мВт), передавать низкоскоростные данные на расстояния от 1-3 до 10-30 километров, в России начала бурно развиваться в последние полгода. То есть — говорили о ней и до этого, но практические применения встречались очень редко, а разработчиков и интеграторов, способных сделать проект на подобных технологиях, было крайне мало.

    Сейчас мы на грани переломного момента: хотя крупные проекты по-прежнему лишь ожидаются в будущем (но уже можно прогнозировать, что это будущее — вопрос месяцев, а не лет), среди интеграторов и заказчиков появился серьёзный интерес к технологиям IoT-связи, причём выражающийся не только в словах, но и в непосредственном желании попробовать эти технологии в деле.

    Основная конкуренция в этом сегменте сейчас — между широкополосной связью LoRa и узкополосной Sigfox (а конкретно в России — схожей с ней технологией «Стриж-Телематики»). В будущем к этому списку добавится UNB-протокол Weightless, а также сети, продвигаемые поставщиками классического оборудования сотовой связи — NB-IoT и LTE-M, но это случится года через два-три.

    Итак, в чём же разница — и что выбрать для конкретного проекта? Поехали.
    Общая черта всех перечисленных технологий — в том, что они позволяют организовать низкоскоростной беспроводной канал связи на дальностях в единицы, а иногда и в десятки километров, не выходя при этом за ограничения безлицензионных радиодиапазонов (как правило, такие системы работают в диапазоне 864—869 МГц с мощностью до 25 мВт). Технически — об ограничениях на использование, накладываемые бизнес-моделями владельцев технологий — поговорим в следующий раз — это позволяет решать довольно интересные задачи, например:

    • беспроводной сбор показаний счётчиков в ЖКХ в масштабе крупного микрорайона и шире;
    • беспроводной мониторинг состояния техники в реальном времени на крупных открытых площадках, от строительных площадок до карьерных разработок;
    • замена дорогих в прокладке и обслуживании слаботочных сетей сбора данных на крупных объектах, особенно — рассредоточенных по территории масштаба квадратных километров;
    • построение протяженных радиорелейных сетей вдоль ЛЭП, трубопроводов, железных дорог и т.п. объектов;
    • организация сотовых сетей сбора телеметрии со сплошным покрытием и стоимостью на 1-2 порядка ниже, чем у классических сетей сотовой телефонной связи.

    И всё это — дёшево, без необходимости получать лицензию на использование радиочастотного спектра и с возможностью питания конечных устройств от батареек или солнечных батарей небольшой площади.

    Использование радиочастотного спектра


    Однако в том, как именно работает эта связь, перечисленные выше технологии достаточно существенно различаются — фактически, они распадаются на две группы: широкополосные UWB (Ultra Wide Band, к ним из перечисленного относится только LoRa) и узкополосные UNB (Ultra Narrow Band, в нашем случае это Sigfox и «Стриж», а также пока разрабатывающийся Weightless). Из этого проистекает ряд отличий, за которые — не всегда честно — и цепляются желающие прорекламировать ту или иную технологи.

    • UWB: один канал занимает полосу в эфире с шириной 125 или 250 кГц
    • UNB: один канал занимает полосу в эфире с шириной 100 Гц

    В России в диапазоне, условно именумом «868 МГц», для неспециализированных устройств официально доступны две полосы частот: 864,0-865,0 МГц с периодом активной работы не более 0,1 % и запретом на работу вблизи аэропортов и 868,7-869,2 МГц без таких ограничений. Говоря проще, в общем случае мы имеем всего лишь 500 кГц доступной нам полосы частот.

    Каналов LoRa при ширине 125 кГц, очевидно, в эту полосу умещается всего три штуки. Каналов Sigfox или «Стриж» — многие сотни. Как правило, разработчиками UNB-систем этот факт подаётся как очевидное преимущество — в эфире могут сосуществовать сотни тысяч устройств, не мешая друг другу.

    Однако на практике всё несколько сложнее.

    В UNB-системах один приёмник базовой станции в один момент времени может принимать только один канал. Это достаточно очевидный и часто забываемый тезис. Термин «частотное разделение» относится к способности приёмника выцепить этот канал из общего эфира так, чтобы на него не накладывалась передача в соседних каналах — и если мы в данную секунду принимаем что-то по каналу N, то по каналам N+1 и N-1 мы принять в это же время ничего не можем.

    В UWB-системах используется не только частотное и временное, но и кодовое разделение каналов. В сетях LoRa конечное устройство может выбрать определённую схему модуляции — и базовая станция LoRa конструируется так, что она способна разделять потоки данных от нескольких устройств, одновременно работающих на одном частотном канале с разными схемами модуляции. У этой схемы есть свои ограничения, и на практике речь идёт о способности БС декодировать сигнал одновременно всего от нескольких устройств — но, тем не менее, говорить, что в UWB-системах в каждый момент может работать только одно устройство, а в UNB — сотни, некорректно.

    Теоретически преимущество UNB-систем может наблюдаться при разворачивании нескольких сетей в одном районе — их легко разнести по частотам. Однако, во-первых, до трёх сетей LoRa также можно разнести на разные частоты (а если мы делаем сеть, например, специально под ЖКХ и 0,1 % duty cycle нас полностью устраивают, то и вовсе вынести её в 864-865 МГц), во-вторых, частотное разнесение разных сетей в нерегулируемом спектре — это утопия, как знает каждый владелец Wi-Fi-роутера в многоквартирном доме.

    Практический совет: услышав про преимущества UNB-сетей по использованию спектра, начинайте с пристрастием допрашивать рассказчика, как в продвигаемой им системе реализован frequency hopping, то есть возможность перестройки рабочей частоты устройств на лету.

    UNB-системы крайне чувствительны к точности установки частоты. Тоже очевидный тезис — если у вас всей частотной полосы 100 Гц (Sigfox, «Стриж»), то даже крошечный уход частоты кварцевого резонатора конечного устройства выбросит его рабочую частоту за пределы указанной ему полосы. Далеко за пределы. Можете посчитать сами — очень хороший резонатор имеет погрешность 10 ppm, то есть 0,001 %, при комнатной температуре, и ещё 15 ppm (0,0015 %) сверху при изменении температуры от -40 до +85 °С. Числа кажутся крохотными — однако мы берём эти проценты от 868 000 000 Гц и сравниваем результат с 100 Гц…

    Так что делать с тем, что передатчик в UNB-системах вещает непонятно в какой полосе? Это решается на уровне базовой станции: она должна уметь, увидев сигнал в широком спектре, быстро на него настроиться. К сожалению, реализовать такие же алгоритмы на уровне маленького, дешёвого и экономичного конечного устройства проблематично, поэтому двунаправленность связи в UNB реализуется не во всех системах и не во всех условиях. У того же Sigfox связь долгое время была строго однонаправленной.

    UWB-системы обеспечивают симметричный канал связи. Благодаря полосе шириной в сотни килогерц, LoRa обеспечивает симметричную связь при уходе частоты аж на 25 % от ширины канала (31,25 кГц при ширине 125 кГц), что в диапазоне 868 МГц означает допустимую погрешность резонатора 35 ppm. Хороший, но вполне себе распространённый кристалл с базовой погрешностью ±10 ppm и температурной ±15 ppm позволяет конечному устройству LoRa нормально себя чувствовать в полном диапазоне температур -40...+85 °С.

    Кроме того, существует такая неприятная для UNB-сетей вещь, как допплеровский эффект. Sigfox теряет стабильность работы уже на скорости движения конечного устройства в районе 5-10 км/ч, то есть, делать на Sigfox систему мониторинга велосипедов — уже занятие для настоящих энтузиастов своего дела. LoRa, в противовес, к скоростям чувствительна мало — хотя в общем случае стоит учитывать ускорения, т.к. к ним чувствительны кварцевые резонаторы.

    Практический совет: услышав про преимущества UNB-сетей по использованию спектра, начинайте с пристрастием допрашивать рассказчика, насколько симметрична связь в этой системе и в каких условиях эта симметрия работает.

    Скорость передачи данных


    От теоремы Котельникова-Шеннона, увы, никуда не деться: нельзя просто так взять и впихнуть мегабитный поток в частотную полосу 100 Гц.

    UNB-системы работают на фиксированной низкой скорости. Если говорить конкретнее, то у Sigfox скорость передачи данных 100 бит/с, у «Стрижа» — 50 бит/с.

    UWB-системы работают на адаптивной скорости. В зависимости от силы сигнала, LoRa может работать на скоростях от 30 бит/с до 50 кбит/с. В сотовых сетях LoRaWAN скорость выбирается автоматически, в локальных сетях LoRa скорость может быть зафиксирована на уровне, обеспечивающем уверенное покрытие нужного объекта связью.

    На практике это означает как большую гибкость применения UWB-систем, так и подспорье для них в избежании коллизий в эфире. Чем быстрее абонентское устройство передаст свои данные на БС — тем быстрее оно освободит эфир. Хотя у LoRa из-за сложной системы модуляции больше длина сетевого пакета, чем у UNB-систем (длиннее преамбула), это с лихвой компенсируется большей скоростью передачи данных.

    На практике это приводит к довольно жёстким ограничениям у UNB-систем: так, в Sigfox максимальный объём пользовательских данных — 12 байт, их передача занимает несколько секунд, а условия подключения к сети Sigfox определяют, что один объект может передавать не более 140 сообщений в сутки.

    Практический совет: услышав про миллионы одновременно работающих устройств, начинайте с пристрастием допрашивать рассказчика, сколько сообщений в сутки и какой длины способна принять одна базовая станция.

    Дальность связи


    В общем и целом — одинаковая. Дальность связи во всех подобных технологиях очень сильно зависит от условий на местности: так, если на открытой местности и при высоком расположении антенны БС LoRa обеспечивает дальность даже выше обещанных 30 км, то в густом лесу она падает до 1-2 км даже на минимальной скорости.

    Преимуществом LoRa в этом вопросе является то, что на фоне конкурентов LoRa — довольно открытая технология, в мире есть много занимающихся ей компаний, а потому сравнительно нетрудно найти различные white papers и отзывы с указанием реальной достигнутой дальности.

    В целом можно считать, что все перечисленные технологии обеспечивают дальность 1-3 км в городской застройке и 15-20 км на открытой местности. Дальность может быть увеличена за счёт выгодного расположения антенн: например, слова «в городской застройке» могут означать как абонентские устройства, расположенные в глубине зданий и оснащённые компактными печатными антеннами, так и управлемые уличные фонари с обычными штыревыми антеннами, стоящими на открытом воздухе и минимум в пяти метрах от земли.

    Энергопотребление


    Энергопотребление конечных устройств во всех перечисленных технологиях определяется двумя моментами — технологическим совершенством чипа передатчика и временем, которое он тратит на передачу.

    В общем и целом, в любой из систем возможно обеспечить работу в течение как минимум 5 лет на одной батарейке. UWB-сети имеют преимущество над UNB при работе на небольших дистанциях, когда их скорость может превышать 1 кбит — что значительно сокращает время активности передатчка.

    Итог


    Хотя во многих случаях технологии UNB и UWB применимы в равной степени, между ними есть заметные отличия, которые могут сыграть в пользу того или иного решения. Так, на UNB-сетях может быть реализована быстрая перестройка рабочей частоты устройств (frequency hopping) для ухода от коллизий и помех — однако в случае с конкретными технологиями, будь то Sigfox или «Стриж», необходимо дополнительно выяснять, реализована ли она, а также как и в каких пределах работает.

    С другой стороны, UWB-сети на технологии LoRa обладают существенно большей гибкостью параметров, что позволяет применять их в проектах, для которых UNB-сети малопригодны. Сети LoRa обеспечивают большие потенциальные скорости передачи данных, симметричную двунаправленную связь, менее чувствительны к перепадам температур и скорости движения конечного устройства.

    Что интересно, это же распространяется и на возможные применения LoRa уже с коммерческой точки зрения — на данный момент эта технология фактически отдаёт бизнес-модель и детали технической реализации проекта на полное усмотрение заказчика. Но об этом — в следующей части.

    Компания Unwired Devices занимается разработкой и производством модулей связи для ячеистых сетей 6LoWPAN и сетей дальней связи LoRa, а также датчиков и других оконечных устройств для данных сетей, включая как аппаратную часть, так и прошивки с поддержкой необходимых сетевых технологий. В случае с сетями LoRa мы разрабатываем все возможные топологии: ячеистые и статические радиорелейные сети, объектовые сети типа «звезда» с одной БС и устройства для глобальных сетей LoRaWAN.
    Unwired Devices LLC
    Мы делаем вещи для Интернета Вещей
    Реклама
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее

    Комментарии 52

      +2
      Как у вас насчет интеграции в уже готовые системы сбора данных?
      Для примера, у меня на обслуживании есть система энергоснабжения одного предприятия, со 100+ точками контроля потребления электроэнергии. Все это раскидано по площади 10 х 15 км. Причем как внутри зданий, так и в отдельных уличных установках.
      Все устройства опрашиваются по RS485 протокол — аналог modbus. Для того чтобы покрыть такую территорию — пришлось местами нырять в локальную сеть через MoxaNPort, там где это не было возможно — использовали радиомодемы. Но все равно есть некоторое количество проводных линий RS-485, протяженностью от 50 до 350м, которые хотелось бы чем то заменить.
      Есть ли у вас готовые решения, по типу радиомодемов (не реклама, но нам понравились модемы «Невод») то есть работающие в режиме «точка-точка» или в режиме «точка — промежуточный шлюз — локальная сеть»? И да, оконечные устройства должны работать в уличных условиях (крыша есть, но влажность никто не отменял) при температуре от — 30 до +50 С.
      PS Объект находится далеко от Москвы в лесах, интернета можно сказать там нет, установка новых серверов и базовых станций тоже не желательно.
        +2
        Мы занимаемся в основном контрактной разработкой, поэтому каких-то готовых устройств под конкретные задачи под нашим именем как таковых нет (через некоторое время будут, наверное, но это не цель, скорее следствие необходимости). Но

        а) есть конструктор, из которого можно быстро собрать «на попробовать» — http://www.unwireddevices.com/ru/products/umdk (по ссылке 6LoWPAN, но с модулями LoRa оно тоже может жить)

        б) что-то несложное можно очень быстро разработать, упаковать в стандартные корпуса и залить герметиком (это как раз ваш случай)

        в) что-то сложное можно разработать под заказ — но это уже отдельный договор, отдельные деньги и т.п.

        По топологии сети — «точка-шлюз-LAN» есть (это банальная топология «звезда»). На шлюзе линукс, наружу торчит MQTT API, который можно без малейших проблем оттранслировать в логику, нужную вам для сопряжения с остальной частью проекта. Ни на какие облачные сервисы, дополнительные сервера и т.п. оно не завязано. Шлюз выглядит ровно как модем «Невод», такая же коробка на DIN-рейку.

        P.S. oleg@unwds.com
          0
          Спасибо за ответ.
          Жаль что нет уже готовых коробочных решений. Да, я понимаю что можно сделать все из конструкторов и вывести наружу через MQTT API, но:
          1) это затратно по времени
          2) получается сопоставимо по цене с тем же набором радиомодемов (судя по ценам на вашем сайте), при этом менее надежно, так как не тестировалось (модемы мы уже откатали на тестовом линке в 2,2км, за год ни одного зависания и отвала связи)
          3) Непонятно как составлять инструкции для персонала на местах (нужно будет выявлять новые возможные неисправности и методы их оперативного устранения, держать про запас несколько сконфигурированных модулей, чтобы они могли просто переткнуть блоки)
          4) Как пропускать это все через отдел снабжения компании? Как провести оплату сборки устройств из конструктора? В общем много нюансов, которые требуют кучи согласований.
          5) Вопросы гарантий и соответствия техническим требованиям на устройства. То есть у вас я нигде не нашел, что элементы конструктора работают при влажности воздуха 80% и температурном диапазоне от -30 до +50. Как выдумаете, кто будет отвечать за неисправность, когда выяснится, что блоки умирают на морозе? А такое уже было за 5 лет эксплуатации, когда закупили блоки питания с диапазоном -15 — +50. Они в -25 начали массово дохнуть.
            0
            Готовых коробочных решений _для чего_? Готовых коробочных решений для всего не бывает. Готовое коробочное решение радиомоста RS485 — странная штука с очень узким рынком. Готовое коробочное решение с RS485, 4-20 мА, сухими контактами и датчиками температуры — вы сморщитесь от цены и будете утверждать, что из этого набора вам три четверти не надо.

            1-4) Ещё раз посмотрите на пункт «б».

            5) Вопросы гарантий решаются единственным образом — они прописываются в договоре поставки. И в случае коробочных устройств тоже — доказывать производителю, что надпись на сайте должна значить больше, чем пункт договора, вы можете, но успеха не достигнете.
              +1
              «Готовых коробочных решений _для чего_?»
              «Готовое коробочное решение радиомоста RS485 — странная штука с очень узким рынком. „
              через RS-485 работает очень много всего, начиная от АСКУЭ, как в моем примере — заканчивая системами управления уличных видеокамер (поворотные камеры видеонаблюдения), СКУД, пожарная сигнализация и автоматика.
              Так что здесь довольно большое поле для деятельности, иначе зачем тогда Moxa выпускает все эти RS-485-LAN, RS-485 — USB, RS-485 — WiFi и пр?
              При этом тем людям, кто обслуживает и разрабатывает данные системы на местах — как правило не нужны дополнительные проектировки модулей конкретно под их задачу.
              Им нужны стандартные кубики, понятные на интуитивном уровне.
              То есть: снял проводную линию — поставил 2 модема по сторонам где была линия, настроил конфигурацию радио-удлинителя и все.
              Или поставил центральный модем — раскидал в пределах досягаемости другие модемы — поднял линки, в любой момент можно заменить любую пару модемов — физической линией. Это проще объяснить монтажникам, это проще в обслуживании и надежнее в эксплуатации.
              Система сбора информации разрабатывается не на 1 год эксплуатации, а за 10 лет — может уже и вашей фирмы не будет, где потом заказывать новые комплектующие?
              А так — выкинул сдохшее — заменил схожим оборудованием другого производителя и в работу. Опять же, зачем мне лишняя точка отказа в виде сервера, транслирующего MQTT — Modbus — modbus — MQTT? Мне нужна “тупая» железка, которая позволит без проводов собрать топологии «звезда», «радио-удлинитель» и «ретрансляция» в зависимости от конфигурации. И да, на входе и выходе я получу знакомый мне, как обслуживающему персоналу RS-485 и аналогию с физической линией связи.
              С вами получился тот же разговор, что и со стрижами, только они вообще не работают без своей базовой станции и облака, то есть использовать их устройства просто как «тупые» железки — не получится.
              В идеале — нужна железка, которая имеет радиус действия до 10км на открытой местности, желательно в не лицензируемом диапазоне частот, пусть даже с пропускной способностью 10-50 байт/с, но которая без проблем бы интегрировалась в уже существующие сети, которые по большей части построены на RS-485 и не требовала бы своих серверов и доступа в интернет.
                0
                это же не модно и не IoT!
                  0
                  То есть вам нужен банальный радиомостик, а вы пришли в комментарии к тексту про LoRa и возмущаетесь, что вам тут радиомостики не делают. Ну, эээ. Примерно как придти в автосалон и возмущаться, что у них велосипедов нет.
                    0
                    Боюсь, что для основной массы протоколов, гулящих по RS-485, маловато будет скоростей в 10-50 байт/с. СКУД, управление поворотными камерами и прочий modbus — это не вялотекущая телеметрия, там важны и скорость передачи данных, и надёжность доставки и итоговые задержки.
                      0
                      Там со скоростями ещё проще — ни на каких 10-50 байт/с оно просто так работать не будет. У железки в RS-485 есть жёстко фиксированная скорость, от которой можно отклоняться на ±0,5 %, если мне память не изменяет. Поэтому «тупой мостик» может исключительно шпарить на фиксированной скорости.

                      Всё остальное подразумевает наличие в мостике минимальных мозгов и способности понимать, с каким протоколом он работает.
                        0
                        Скорость на входе и выходе должна быть стабильной, это правда. Но вот к задержкам железки имеют некоторую толерантность, выраженную в таймаутах, которые иногда ещё и настраиваются. Т.е. на уровне «тупого мостика» можно применить пару извилин для буферизации, разбивки на мелкие пакеты и ретрансмита их при необходимости. Для этого не требуется затачиваться под конкретный протокол. Но для этого скорость передачи в самом радиоканале должна быть выше, чем требуемая скорость, на которой «шпарить». И этих двух извилин очень не хватает Болидовским C2000-РПИ.
                          0
                          Скорость в радиоканале может быть ниже, и даже существенно ниже, но тогда извилин надо штук пять-десять уже, как минимум.

                          И минимальное понимание протоколов должно быть в любом случае, потому что в том же Modbus пауза в несколько символов — это конец пакета данных.

                          И всё это перестаёт быть простым радиомостиком, а автор исходного вопроса хотел простой радиомостик.
                            0
                            Про конец пакета в modbus не знал, каюсь. Тогда тем более не стоит изобретать свой радиомост при наличии уже имеющихся на рынке решений. За статью спасибо, жду продолжения.
                              0
                              Меня уже несколько лет подобные хотелки заставляют морщится. А как объяснить людям, что гнать по радио даже асинхронные протоколы — это плохо и концепция «тянем все к одному контроллеру» устарела уже лет двадцать — хз как…
                                0
                                Ну на самом деле сейчас начался некий перелом в сознании, синхронный с интересом к LoRa и подобным системам — многие уже понимают, что надо полностью переделать сигнальную часть системы, а не просто втыкать «мостики», и что это того стоит.
                          0
                          То есть встроить вариант конфигурирования: Быстро, но небольшое расстояние или медленно, но на 10км — это как раз то, что нужно.
                  0
                  Так под вашу задачу уже обкатанные вами Неводы подходят. Главное, никогда не смотрите в сторону решений Болид для передачи по радиоканалу даже при использовании для передачи их собственного протокола. В случае с Болид С2000-РПИ абсолютно никак не обрабатываются коллизии и контроль доставки пакетов полностью лежит на протоколе, по которому общаются конечные устройства. В итоге сама техподдержка Болида рекомендует использовать Невод.
                  0
                  В статье есть крепкая ошибка: UWB — ultra wide band не равно LORA. LORA — это spectrum spread modulation, которая никак не вбирает некоторые плюсы UWB технологии.

                  «Для безлицензионного использования сверхширокополосных сигналов в Российской Федерации выделены диапазоны от 2,85—10,6 ГГц» и ограничена плотность спектра.

                  работал с LORA и в чем-то связан со «Стриж». Есть некоторые неточности по Стрижу — описана картина 1.5летней давности, уже есть и адаптивные скорости и двунаправленная связь. За Sigfox не следил.

                  А с точки зрения интегратора-потребителя, ИМХО есть три важных пункта (если дальность и скорости одинаковые):
                  1) размер батарейки и самого устройства, т.е. режим работы и потребления. В LORA несколько отличается от пути, по которому пошли Sigfox, Стриж. В каких-то ситуациях критично. в каких-то нет.
                  2) надежность
                  3) удобство интеграции (dev-kit-ы, документация, поддержка).

                  И еще, интересно, если задать сопоставимую скорость связи (эффективные 50бод, а можно и еще ниже), то точно также движения, машины, все начинает нарушать стабильность канала связи. За счет особеностей модуляции, правда, это не так мгновенно проявляет. Тут как раз чуда нет. Если вы тестировали совсем медленные скорости, то могли заметить.

                  И еще одно: у LORA значительно меньше абонентов может быть (прямо на порядки) на одинаковую полосу, относительно UNB. Это банально связано с тем, что мощные широкополосные сигнал перекрываются слабыми. Разницы в 20дБ достаточно, чтобы полностью маскировать слабый пакет. В UNB же, чтобы спрятать более слабый сигнал, нужно оказаться на близкой частоте, да еще и на 40-50дБ мощней. А в реальном применении сигналы с разбросом 50-60дБ — это обычное явление
                    0
                    В статье есть крепкая ошибка: UWB — ultra wide band не равно LORA


                    В статье нигде и не сказано, что они равны. LoRa — единственное распространённое коммерческое UWB-решение в этом сегменте.

                    Есть некоторые неточности по Стрижу — описана картина 1.5летней давности, уже есть и адаптивные скорости и двунаправленная связь


                    Очень жаль, что «Стриж» вместо уточнения этих деталей занимается исключительно рассказами на тему «какая LoRa плохая» при одновременно до сих пор висящих на сайте картинках «LoRa Supported».

                    А с точки зрения интегратора-потребителя, ИМХО есть три важных пункта (если дальность и скорости одинаковые)


                    С точки зрения интегратора-потребителя есть три других важных пункта:
                    1) возможность организации локальной сети без привязки к облачным сервисам
                    2) отсутствие абонентской платы
                    3) стоимость развёртывания сети

                    И вот с этим у «Стрижа» всё невнятно, а у Sigfox — хуже некуда. Поэтому до обсуждения размера батарейки чаще всего с ними просто не доходит.

                    И еще, интересно, если задать сопоставимую скорость связи (эффективные 50бод, а можно и еще ниже), то точно также движения, машины, все начинает нарушать стабильность канала связи


                    Так я и говорю, что по эффективной дальности они все примерно одинаковые, и без привязки к конкретному проекту ни с одной технологией ничего конкретного сказать нельзя.

                    И еще одно: у LORA значительно меньше емкость сети (прямо на порядки) на одинаковую полосу, относительно UNB


                    Ёмкость сети на полосу частот — это мифическое понятие, оно примерно ничего не значит. Значит ёмкость сети на одну БС.
                      0
                      У вас в ответе много оценочных суждений :). «невнятно», «вместо уточнения занимаются рассказами».

                      Судя по эмоциям, возможно, Ваша модель бизнеса в чем-то пересекаются с моделью «Стрижа», но не ругайте коллег. Они сделали хорошую серьезную технологию + сами занимаются разворачиванием сети и созданием IoT устройств.

                      Вопросы стоимости развертывания сети — это да, это очень важно. Просто в статье все про дальность, но не про коммерческую составляющую. Хотя, представляю, как на гигтаймсе будет смотреться расчет стоимости развертывания :))))

                      «Ёмкость сети на полосу частот — это мифическое понятие» — вот ни разу не мифическое. Если устройств много, эфир загружен, то это прямо пропорционально количеству необходимых базовых станций, а значит и стоимости сети. И желаю вам вот именно таких внедрений, чтобы сообщению было не протолкнуться!
                        0
                        Судя по эмоциям, возможно, Ваша модель бизнеса в чем-то пересекаются с моделью «Стрижа»


                        Боже упаси. Модель бизнеса «Стрижа» — это конкуренция с производителями конечных устройств, с интеграторами, вендорами и операторами одновременно при параллельном отпугивании потенциальных клиентов размером абонентской платы. Это не бизнес-модель, а краткий учебник «как не надо делать».
                      +1
                      И имхо. было бы очень здорово в просветительских целях на хабр сделать статью о том, как демодулируются LORA — это очень любопытно. Там ЛЧМ с весьма необычным способом укладки информации в модуляцию. Т.е. если умножить на синхронную «пилу» ЛЧМ, то информация окажется закодирована в частоте, т.е. амплитудная демодуляция, но часота — цифровая информация… У них публично есть патент, в котором еще и декодирование сигнала расписано.
                        0
                        а поставив скорость около 10 бит в секунду, один зубец ЛЧМ получится около 0.5с. Можно прямо линейкой и карандашом демодулировать! ))
                          0
                          А можно вот про это подробнее?
                      0
                      Сразу бросается в глаза — насколько мне известно LoRa с шириной канала до 250кГц при центральной частоте 868Мгц не может называться UWB (ULTRA Wide Band). UWB (Сверх широкая полоса) это вроде как минимум ширина канала от 10% от центральной частоты. UWB это, к примеру, Decawave.
                        0
                        Так как законодательство этот вопрос не регулируют, то называют её так примерно все. Возможно, отчасти в пику UNB-технологиям.
                          0
                          Регулирует
                            0
                            ИМХО абсолютно неправильно называют.
                            Nanoloc с CSS (ширина 80Мгц на 2,4Ггц-ах) UWB не называют, с чего вдруг LoRa с ее 250кГц будет сверхширокополосной?
                            У LoRa насколько я знаю данные передаются чирпами (ЛЧМ почти как у наналока), а в UWB — сверхширокополосными импульсами определенной формы.
                          0
                          На счет возможности одновременного приема нескольких сообщений — в корне неверно. Ничего не мешает принимать сообщения, передаваемые одновременно на разных каналах.
                          10ppm это плохой кварц, хороший — 0.5-0.2ppm, причем при качественном питании и без резких скачков температур уход частоты совсем не критичен. Ошибка по абсолютной частоте тем более не мешает, т к прием ведется на любой частоте в рабочем диапазоне.
                          Маркетинговые споры же — дело неблагодарное. Давайте просто делать хорошие продукты, а судьями будут клиенты.
                            +1
                            На счет возможности одновременного приема нескольких сообщений — в корне неверно. Ничего не мешает принимать сообщения, передаваемые одновременно на разных каналах


                            (пожав плечами) Если у вас есть кодовое разделение — не мешает. Вот как в LoRa. А если у вас один радиотракт с одним демодулятором, то без CDMA после демодулятора будет каша.

                            10ppm это плохой кварц, хороший — 0.5-0.2ppm


                            10 ppm — это обычный очень хороший кварц. Кварц на меньшее начальное отклонение, не говоря уже о температурном — это та ещё экзотика.

                            0,5 ppm во всём температурном диапазоне — это вообще не кварц, а исключительно TCXO. У голого кварца такие параметры физически невозможны. 0,2 ppm — это прецизионный TCXO, на мелкооптовый ценник которого желающие могут посмотреть, например, здесь.
                              0
                              Минуточку. 10 ppm от 864 МГц — это 8.6 кГц. Это ведь за пределами разумного, борьба «Стрижа» со здравым смыслом. Как эта проблема в UNB вообще решается?
                                0
                                На самом деле больше 10 ppm. Типовой хороший кварц — это ±10 ppm допустимого начального отклонения при +25 °С и ещё ±15 ppm в диапазоне -40...+85 °С или на сколько там кварц специфицирован (может быть, например, вариант с ±10 ppm по температуре, но допустимый диапазон — -10...+70 °С). Итого до ±25 ppm в реальных условиях.

                                Вариант решения вообще в UNB:
                                1) база слушает широкий эфир
                                2) при появлении в нём передачи быстро делает сканирование и определяет точную частоту передачи
                                3) отвечает обратно на этой же частоте

                                Можно 2 и 3 не делать, но это так себе идея, потому что:
                                1) ответ базы абонент с поехавшей частотой может и не увидеть
                                2) несколько абонентов, одновременно вылезшие в эфир на разных частотах, забьют друг друга в приёмном тракте базы

                                Но на этой так себе идее Sigfox на ранних стадиях жил — просто возможности обратной связи БС→абонент официально не было.

                                Как это делает конкретно «Стриж» — никто не знает, потому что все их ответы пока сводятся к «у нас секретный кварц, учёные про него ещё не знают». Предположу, что на самом деле они это делают так же, как и все остальные.
                                  0
                                  P.S. На самом деле даже сейчас Sigfox обратную связь делает с большими ограничениями — в обратном канале используется другая модуляция, и на самом дорогом тарифном плане можно получить максимум 6 (прописью: шесть) сеансов БС→абонент в сутки.
                                    0
                                    То есть и сеансы связи БС->устройство должны быть максимально короткими (ага, на скорости 50 бит/с), иначе оно улетит в неведомые дали на неведомые частоты.

                                    Вероятно я чего-то не понимаю, но кто и зачем вообще придумал сетку каналов, не вяжущуюся с реальностью?
                                      0
                                      Почему не вяжущуюся? Она вяжется, просто надо понимать условия и методы использования — так же, как и с LoRa. Одним из поводов для этого текста, например, стало крайне настойчивое продвижение некоторыми сторонниками UNB-систем своих решений как технологических превосходящих LoRa буквально во всём.

                                      У того же Sigfox основная проблема — отнюдь не техническая. Основная проблема — в жёстком контроле над бизнес-моделью, которая выглядит как операторская сеть с базовыми станциями по $3k штука, к которой абоненты покупают доступ по установленным Sigfox тарифным планам, оператор конский процент дохода уплачивает Sigfox в качестве отчислений, а все данные идут через серверы, внезапно, того же Sigfox.

                                      В результате выгодность этого сомнительна для всех, кроме самого Sigfox.

                                      А так-то что, так-то в ЖКХ для счётчиков одного-двух сообщений в сутки в каждую сторону хватает с большим запасом.
                                        0
                                        Все равно не понимаю. Если у нас в одном месте сидит много абонентов (тот же кагат со свеклой), частоты которых на бумаге различаются на 150-200 Гц, а по факту гуляют как ветер в поле, то на черта нужны эти сотни каналов? По очереди разговаривать — так TDMA и на одноканальной линии поднять можно.

                                        Серьезно, а расскажите про какой-нибудь пример, где вся эта узкополосность реально нужна? (А с коммерческой составляющей все совсем чудесно получается.)
                                          +1
                                          Серьезно, а расскажите про какой-нибудь usecase, где вся эта узкополосность реально нужна?


                                          Быстрая смена частоты ради ухода от мощной, но узкополосной помехи, например.

                                          Можно сделать в двух вариантах (первый с Sigfox не заработает, со «Стрижом» — а кто ж их знает, у них всё секретное):

                                          1) отправляем пакет на БС, если не получили оттуда подтверждения — прыгаем на другой канал
                                          2) listen-before-talk: слушаем несколько каналов, выбираем самый тихий, передаём в нём

                                          БС это всё благодаря широкополосности вылавливает.

                                          Другой вариант — БС с несколькими радиотрактами, каждый из которых может слушать свою частоту и быстро и точно настраиваться на узкополосный сигнал. Можно избегать коллизий, когда два устройства одновременно фигачат в эфир на разных частотах. Минус — у пакетов надо удлинять преамбулу, чтобы БС за её время успела настроиться на конкретный канал конкретным радиотрактом.

                                          А делать одну БС, слушающую всю широкую полосу одним трактом, и растаскивать абонентов на разные каналы, которые из-за неточности кварцев в этой полосе хрен знает где окажутся — действительно смысла нет.
                                  0
                                  В UNB это решается так: делается массив демодуляторов с шагом на 1/2 полосы передатчика, закрывающий всю рабочую полосу. При любой ошибке частоты сигнал попадет в один из демодуляторов достаточно точно для приема сообщения. Так если бы кварц давал только статическую ошибку при идеальной стабильности, было бы вообще не важно, насколько эта ошибка велика. Но увы, при таких узких полосах даже нагрев передающего тракта влияет, и приходится ставить чуть более дорогие генераторы с активной температурной компенсацией. Параллельные демодуляторы же работают либо на видеокартах, либо на больших ПЛИСах
                                  0
                                  Да пожалуйста, изучите матчасть про CDMA получше. В синхронных, где можно пакеты выстроить разумно и подобрать мощность, CDMA хорош. Но, я писал об этом выше, если в эфире появится кто-то на 20-30дБ мощнее всех остальных (а это легко), то вся (вся!!, не 200, не 400Гц) полоса, на которой сидит LORA, будет им закрыт. Коды LORA не синхронно в эфир идут и нет никакой возможности их сделать строго ортогональными друг другу. Появляется мощное сообщение и эфир закрывается для остальных. Появляется несколько сообщений примерно равной мощности — и эфир закрывается для остальных чуть более слабых.

                                  " если у вас один радиотракт с одним демодулятором" — ну очевидно же, что базовая станция ни у Стрижа, ни у Sigfox, не есть радиотракт с одним аналоговым (цифровым одноканальным) демодулятором, да? не?
                                    0
                                    я не хаю, мне обе технологии нравятся. просто есть особенности в применении и той и другой
                                      0
                                      Эмм. А CDMA на 50 бит/с — это вообще как?
                                        +1
                                        Так же, как и кварц на 0,2 ppm — в мечтах. ;)
                                          0
                                          АА мозги врываете товарищии!!! ))) Где я говорил, что в UNB 50 бит/с используется CDMA?
                                          Это вы отписав меня в «ярыепоклонника Стрижа» уже даже не читаете, чего я пишу.

                                          Это в LoRa кодовое разделение (используемые ЛЧМ — можно отнести скорее к CDMA, чем к другим спосбам разделения каналов).

                                          И кстати, там до 13 бит в секунду в LoRa можно закодировать даже с помощью CDMA.

                                          И пассажи, про кварцевый генератор на 0.2ppm (да-да, термостабилизрвоанный), http://ru.mouser.com/Passive-Components/Frequency-Control-Timing-Devices/Oscillators/TCXO-Oscillators/_/N-7jdmj по 1.5 доллара за штуку. И действительно стоит уже такие копейки, что одно из преимуществ чипов LORA — требуют дешевые TXCO или кварцы (кстати, рекомендуют ставить для низких скоростей точно такиеже термостабилизированные TXCO, иначе ниче не взлетает на медленных скоростях), смотрится не очень убедительно.
                                            0
                                            поправка: 1ppm за 1.5доллара, все же 0.2 пока дороже
                                              0
                                              Чуть-чуть дороже. Всего-то раз в двадцать-сорок.
                                              0
                                              И пассажи, про кварцевый генератор на 0.2ppm (да-да, термостабилизрвоанный), http://ru.mouser.com/Passive-Components/Frequency-Control-Timing-Devices/Oscillators/TCXO-Oscillators/_/N-7jdmj по 1.5 доллара за штуку


                                              Вы на каталог размером 107 страниц ссылку даёте с какой целью, чтобы я его весь перерыл в поисках мифического TCXO за 1,5 доллара на 0,2 ppm, которого там нет и не будет? Или вы там у Abracon'ов по $82 с их 0,3 ppm начальной погрешности вместо цены на какой-то другой столбик посмотрели?
                                                0
                                                т.е. 0.2ppm все-таки не мечта, да? А 0.5ppm http://ru.mouser.com/ProductDetail/AVX/KT2520K26000ZAW18TAS/?qs=sGAEpiMZZMt8oz%2fHeiymAJuQj90JDo52t17Il0rOFrJVCn3IJudSDQ%3d%3d за 1.8$ (при партии от 1000) — вас бы не устроил? Это 400 Гц плавает. Опять, я не понимаю, для чего бы устроил?.. И UNB и LORA требуют хорошего TXCO, резкая смена частоты вредит всем.

                                                я так понимаю весь замес начался с «10ppm это плохой кварц, хороший — 0.5-0.2ppm, причем при качественном питании и без резких скачков температур уход частоты совсем не критичен. Ошибка по абсолютной частоте тем более не мешает, т к прием ведется на любой частоте в рабочем диапазоне».

                                                и там
                                                а) не было указаний цены, просто что существуют. я вам привел ссылку — существуют. а 0.5ppm — вообще копейки стоит.
                                                б) утверждается, что вообще-то это не важно какой там ppm.

                                                Но вы продолжаете топить про то, что 0.2-0.5ppm мечта.

                                                Потому спасибо, что поддержали дискусию, отписываюсь от вашего поста ))
                                                  0
                                                  Мне нравится, как вы выдёргиваете из дискуссии какие-то куски, отвечаете на них с нарастающим градусом истерии и яростно спорите с голосами в собственной голове.

                                                  Ваш экс-коллега указал, что нормальный кварцевый резонатор имеет погрешность 0,2—0,5 ppm, а потому для «Стрижа» уход частоты — не проблема. На что ему было указано, что в резонаторах он понимает как свинья в апельсинах, что резонатор вообще не может иметь такую погрешность, 0,5 ppm имеет обычный TCXO, а TCXO на 0,2 ppm стоит конских денег (и поэтому очевидно, что «Стриж» в абонентских устройствах их не использует и использовать никогда не будет).

                                                  После чего ваш экс-коллега из тредика испарился, зато с грацией слона ворвались вы и начали многословно доказывать непонятно что непонятно кому. Например. что обычный TCXO имеет погрешность 0,5 ppm.

                                                  У вас там в «Стриже», я стесняюсь спросить, все такие спокойные, внимательные и рассудительные?
                                                    0
                                                    «10ppm это плохой кварц, хороший — 0.5-0.2ppm» где тут сказано про резонатор, а не генератор? Божеж мой кто Вас пустил продвигать компанию в паблик с такой лексикой ))).
                                                      0
                                                      «10ppm это плохой кварц, хороший — 0.5-0.2ppm» где тут сказано про резонатор, а не генератор?


                                                      Да не виляйте вы так, вы отписались уже, забыли? «Кварцем» TCXO называется так же, как микросхема называется «транзистором». Не умеете сленг правильно использовать — не используйте.

                                                      Это не говоря уж о том, что я немного сомневаюсь в использовании «Стрижом» хоть каких-то TCXO на абонентских устройствах — под рассказы о том, что у них весь модем $2 стоит и деньги они на согласовании антенны с чипом экономят, ага.

                                                      Так что если хотите прекратить паясничать — лучше нормальным тоном расскажите, что там используется и как работает.

                                                      Божеж мой кто Вас пустил продвигать компанию в паблик с такой лексикой ))).


                                                      facepalm.jpg
                                          0
                                          Да пожалуйста, изучите матчасть про CDMA получше. В синхронных, где можно пакеты выстроить разумно и подобрать мощность, CDMA хорош


                                          (зевнув) Ваш, я так понимаю, экс-коллега неявно утверждает, что у «Стрижа» есть CDMA. Я не знаю, что он там изучил или не изучил, но пишет он то, что пишет.

                                          если у вас один радиотракт с одним демодулятором" — ну очевидно же, что базовая станция ни у Стрижа, ни у Sigfox, не есть радиотракт с одним аналоговым (цифровым одноканальным) демодулятором, да? не?


                                          Понятия не имею. Пока что, по утверждениям вашего экс-коллеги, у «Стрижа» есть CDMA и секретные кварцевые резонаторы, про которые учёные пока не знают. Про то, сколько у «Стрижа» каналов БС и как они работают, узнать не представляется возможным — компания умалчивает про это.

                                          Почему именно компания умалчивает про существенные аспекты работы собственной технологии — вопрос открытый, а также, как правило, риторический.

                                          Что у Sigfox есть frequency hopping — факт общеизвестный. Сколько реальных каналов у БС Sigfox — факт существенно менее известный. Что у Sigfox с каналами не очень хорошо — факт, тем не менее, очевидный из их тарифов: на самом дорогом можно получить 140 сообщений в сутки в одну сторону и аж целых 6 (шесть) в обратную.
                                            0
                                            Секретные… заходите чаще на mouser — вверху привел ссылку.

                                            И больше спите! )
                                              0
                                              С учётом, что вы привели ссылку на 107-страничный каталог, в котором того, на что вы ссылаетесь, разумеется, нет — это ещё вопрос, кому спать больше надо.
                                      0
                                      У автора странное представление о физике. В статье я нашёл всё что угодно, только физикой процесса там и не пахнет.

                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                      Самое читаемое