IoT センサーとアプリケーションの数が増加するにつれて、ライセンスのないサブ GHz 帯域が混雑し始めており、共存できる信頼性が高くスケーラブルなテクノロジーが求められていると、シリコン ラボラトリーズのワイヤレス テクノロジーのアンドラース グナント氏は述べています。

比較的新しい mioty LPWAN (低電力ワイド エリア ネットワーク) ワイヤレス テクノロジーは、オープン スタンダードで定義されたテレグラム スプリッティングと呼ばれる新しい PHY (物理層) および MAC (媒体アクセス制御) アプローチでこれらの要件に対処します。 信頼性と拡張性を備えた mioty は、大規模な商用および産業用 IoT 導入向けに設計されています。 Silicon Labs は、mioty にオープンで標準化されたエコシステムを提供する業界団体である mioty Alliance のメンバーです。

この記事では、バッテリー駆動および環境発電アプリケーションを対象とした低電力性能など、mioty テクノロジーとその対象アプリケーションをより詳細に検討し、これがバッテリー寿命とどのように関連するかを計算します。

概要

LPWAN テクノロジーは、長距離伝送機能を備えた広範囲にエンド デバイスが展開されるアプリケーションをターゲットとしています。 これらは通常バッテリ駆動で、比較的低頻度で低いデータ レートで基地局またはコレクタに送信し、XNUMX ～ 数百バイトの情報をデータ センターに送信します。 使用されるスペクトルは、ライセンスありまたはライセンスなしの場合があります。

LPWAN ネットワークのトポロジは通常スター型ですが、他のオプションとしては、NB-IOT (狭帯域 IoT)、LTE-M (長期進化)、Wi-SUN などの MESH などのセルラーがあります。 LPWAN テクノロジーは独自のものでも標準ベースのものでもよく、パブリック ネットワークまたはプライベート ネットワークの導入をサポートできます。

サブ GHz のライセンス不要 ISM (産業科学医療) 帯域は、ヨーロッパの 169 MHz、433 MHz、868 MHz 帯域、米国の 915 MHz 帯域、および 434 MHz、490 MHz、およびアジアの920 MHz帯域。 ISM 帯域は、送信出力電力、オンエア時間、または送信用デバイスごとのデューティ サイクル制限に関するさまざまな地域規制に該当します。

ミオティはオープンです ETSI 電文分割という破壊的な伝送アプローチを使用したスター トポロジを備えた標準ベースの LPWAN テクノロジーで、現在利用可能な他の LPWAN テクノロジーと共存しながら、混雑した ISM 帯域で信頼性の高い通信を可能にします。

mioty は依然として進化中のテクノロジーであるため、新しいアプリケーションに対応するために、クラス B などの新しいデバイス クラスと機能が将来的に導入され、標準に追加されるでしょう。

マイティテクノロジー

Mioty は、LTN (低スループット ネットワーク) 標準に基づくオープン標準のワイヤレス LPWAN IoT テクノロジーです。 LTN システムについては、次の XNUMX つの文書で説明されています。 ETSI テクニカル レポート TR 103 249、ETSI TS 103 358 およびETSI TS 103 357.

Mioty の中核となるイノベーションは、電報分割多元接続 (TSMA) です。 以前の標準では、完全なメッセージを目的としたアプリケーション データを送信するために、LPWAN によってチャネル内の連続送信が使用されていました。 干渉に対する保護は、FEC (前方誤り訂正) に依存します。 自己干渉耐性は、通常、異なる変調モードやデータ レートなど、さまざまな調整を使用することで対処されます。

代わりに、mioty の物理層では、テレグラム分割と呼ばれる新しい方法が導入されています。 ここでは、100 kHz チャネルが 24 kHz 幅のサブチャネルの 25 または 3 のインスタンスに分割され、アプリケーション データは、擬似ランダム パターンを使用してサブパケットとして無線バーストによって送信されます。

この周波数ホッピング方式により、時間領域または周波数領域、またはその両方における干渉源に対する保護が強化されます。 自己干渉の場合、サブパケットのみが衝突する可能性があり、バーストが短く、バースト間の休止時間が長いため、確率が低くなります。 1/3 FEC と組み合わせると、サブパケットの 50% が失われたエッジケースでもアプリケーション データを復元できます。 したがって、mioty は過酷な RF 環境でのワイヤレス通信を可能にし、大規模な IoT の展開を支援します。

低コストのソリューションをターゲットとするために、TS-UNB PHY に選択された変調は、プリコーディングと FEC を備えた GMSK (ガウス最小シフト キーイング) であり、ほぼすべての IoT シリコンで利用可能であり、効率的な非線形 RF パワー アンプの使用が可能になります。 ISM 帯域以外に、他の帯域の使用に制限はなく、133 ～ 966MHz の範囲で許可されているすべての帯域が可能です。 TSMA パターンのキャリア間隔によって定義される、25 kHz、100 kHz、および 725 kHz のチャネル帯域幅を使用できます。

2380,371 シンボル/秒と 396,729 シンボル/秒の 512 つの変調レートは、ULP (超低電力) モードと ER (拡張範囲) モードをカバーできます。 総データ レートは、85 つのモードでそれぞれ XNUMX bit/s と XNUMX bit/s です。

低消費電力性能の計算

IoT の需要を満たすために、シリコン ベンダーは、消費電力が極めて低い、マイオティ向けのワイヤレス システム オン チップ (SoC) デバイスを開発しています。 たとえば、Silicon Labs の EFR32FG23 は、超低送受信無線電力と RF の最適化された組み合わせを提供し、コイン型電池で 10 年以上動作しながら、IoT エンドノードが XNUMX マイルを超える無線範囲を達成できるようにします。

エンドポイントの電源として 2200 mAh バッテリーを使用し、EFR32FG23 のデータシート パラメーターを使用して、異なるアプリケーション データ サイズの 10 つの例 (50、200、および XNUMX バイト) についてバッテリー寿命を計算しました。 メッセージごとに使用される電荷​​はμAh 単位で計算されました。

表 1 は、バッテリー寿命が 15 年に達する予定の場合に可能な、関連する送信間隔を示しています。 これらの数値は、SoC が 1.2 kB RAM 保持の EM2 エネルギー レベルでスリープ モードにあるときの 16 µA のスリープ電流に基づいており、SoC が 14 dBm を使用する欧州地域の送信出力電力レベルを +25 dBm として使用しました。無線バーストを送信するときの mA。 バッテリーの一般的な年間自己放電率が 1% である場合、20 年間で 15% の自己放電が計算されます。

表 1: 少数の低電力計算 – 15 mAh のバッテリー容量で 2200 年のバッテリー寿命を達成できる例

これらの送信間隔とアプリケーション データ サイズを見ると、mioty は、10 日に数回のアップリンクだけで十分な公益事業向けのスマート メータリングや、12 時間あたり数個のメッセージが必要な環境モニタリング（たとえば、XNUMX 回ごとに XNUMX バイトのアプリケーション データ）に適しているように見えます。分。

メッセージごとに必要な料金は、エネルギー レベルが太陽光発電、熱発電、機械的発電、または誘導発電を使用したアプリケーションの使用可能な範囲内にあるため、mioty が環境発電アプリケーションにも使用できることを示しています。

対象市場セグメント

Mioty テクノロジーは、新しい TSMA 方式を使用して信頼性の高い低電力通信を提供します。 これに堅牢性を追加することは、特に水道やガスのメーターのように、メーターが手の届きにくい場所や奥まった屋内環境にある場合に、スマートメーターに適しています。

Mioty は、3.5 km の円内でゲートウェイごとに 2.5 日あたり最大 110,000 万のアップリンク メッセージをサポートでき、ゲートウェイごとに 5 台のデバイスを導入できます。 このレベルの拡張性と都市部で 15 km、平坦部で XNUMX km の範囲を備えているため、空港、橋、道路維持管理などの重要なポイントを含む広範囲のインフラストラクチャ監視もサポートできます。

今日、環境への関心が高まっているため、これは、温度、空気の質、その他の種類のセンサーを広く導入できることを意味します。 エネルギーハーベスティングによって電力を供給できるため、メンテナンスコストが削減され、バッテリーの無駄が削減されます。

環境センサーを使用して建物のエネルギー使用量を維持し、エネルギー管理システムを制御することで、スマート ビルディングの持続可能性に取り組むことができます。 マルチキャスト グループ メッセージを使用すると、街路や建物の照明も mioty でカバーできます。

機械学習と組み合わせた予知保全アプリケーションによって送信されるアラートは、建築機械のメンテナンスの最適化や、水やガスの漏れの検出に役立ちます。 これにより、修理開始までの応答時間が短縮され、ガスと水の無駄が削減されます。

結論

Mioty は、電文分割アプローチを使用するワイヤレス テクノロジーです。 長距離にわたって低電力のワイヤレス リンクを提供し、産業用 IoT やスマート シティに最適です。

著者は、シリコン ラボラトリーズ、ワイヤレス テクノロジーズの András Gnandt 氏です。

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• 情報源： https://www.iot-now.com/2023/08/14/134362-how-mioty-enables-robust-scalable-iot-and-smart-city-infrastructure/