简介
mioty是一种新型的低功耗广域网(LPWAN)技术,工作在sub-1GHz免许可频段上(欧洲868MHz,北美916MHz),可实现远距离通信和组网应用,适用于大规模工业和商业物联网部署。
mioty是源自弗劳恩霍夫集成电路研究所(Fraunhofer IIS)的专利技术,被欧洲电信标准协会(ETSI)采纳为低通量网络(LTN)系列电报拆分超窄带(TS-UNB)技术规范,授权给BehrTech进行商业化运作。该技术的调制方式基于高斯最小频移键控(GMSK),覆盖范围标称为15公里,电池寿命最长可达20年。
现有的工作在免许可频段上的一些LPWAN技术容易受到干扰,它们通常共存共享有限的频谱资源。一条消息“广播”时间越长,它就越有可能与同时发送的另一条消息发生冲突,这可能会导致数据丢失。mioty的电报拆分技术将消息分为多个子数据包,并在不同的时间和频率下传输,基站会一直扫描频谱中的子数据包,并将其重新组合成完整的消息。在其传输过程中即使丢失多达50%的子数据包,也不会减少或丟失信息内容。而通过结合伪随机性和信道编码,mioty实现了独特的抗干扰性。
mioty提供运营商级的扩展和性能。由于广播时间非常短,具有较大的网络容量和较高的能效。单个mioty网关可以扩展到每天处理多达100,000个传感器节点和150万条消息。
主要应用
工业物联网
工业4．0需要强大的物联网络连接,以解决制造业、采矿业、石油和天然气行业中复杂偏远的环境。凭借mioty抗干扰性和可扩展性,可以提供之前无法采集到的数据,这将有助于提高运营效率、产品质量和工人安全。
过程监控:远程优化生产过程,监控温度、流量、压力或液位等数据。根据传感器的信息发出警报,自动触发相应的的维护程序。
预防性维护:在机器和设备发生故障之前(如:温度,湿度振动或噪声)将故障检测出来,并收到维护要求的建议。
工作安全:减轻和管理独自作业工人的风险。在紧急情况下发送警报或手动求救,同时转发伤者的位置,并确保救援人员尽快到达。
智慧城市
智慧城市需要经济高效、高度可扩展的网络基础架构,以连接现在和将来数量不断增长的大量传感器。Mioty覆盖范围广、系统容量大和移动性好,是智能城市应用(如智能计量、废物管理或基础设施监控)的理想选择。
智能计量:远程抄表,水表、电表、气表、热表。得益于深入的室内穿透、电池效率和高质量的服务。
泄漏检测:通过传感器融合和机器学习快速识别出漏水或其他液体和气体。
智能停车:管理停车设施,跟踪停车场的车辆数量,发送空位置通知并在停车时间到时提醒用户。
废物管理:监控收集箱的装满程度,实现城市垃圾车的动态调度和路线安排。
基础设施监视:监视桥梁和道路等公共交通基础设施的健康状况。如果超过阈值,则启动严重事件警报。
智能楼宇
智能楼宇网络基础设施必须在可靠性、可承受性和能效之间取得平衡。Mioty对基础设施的要求较低,电池续航时间是任何其他LPWAN解决方案中最长的,而且室内深度覆盖,可提供智能楼宇计划所需的物联网连接。如智能HVAC控制、空气质量监测和泄漏检测。
暖通空调(HVAC)管理:使用实时环境数据自动调节温度,降低能源成本。
门禁管理:从集中式系统远程管理访问,并在发生未经授权的访问时发出警报。
火灾检测:当检测到火灾或发生紧急情况时触发动作。关闭防火百叶窗,打开消防喷头,激活通知设备,并按需发送警报。
智慧物流
智慧物流可以在所有分支机构中实施,从而可以优化过程和工作流程的管理。借助智能执行和自主思考系统,可以将所需的时间和成本减少到最佳水平,并简化复杂物流管理,如智慧资产跟踪。
资产跟踪:减少搜索时间,快速查找室内和室外资产。以无线方式通知资产到达时间和交付目的地,监控敏感物品的状况,并确保贵重设备在所需地点上保持安全。
库存管理:重新订购替换部件或C部件,自动执行库存管理。无线解决方案可以轻松补货。
车场管理:提供每辆车所在位置的必要信息,并评估现场卡车的所有信息。通过收集有关卡车调度、移动和装卸的相关信息来协调物流流程。
智慧农业
偏远地区、广阔场地和物理障碍物会增加成本并削弱传统连接解决方案的可靠性。mioty覆盖范围广、超低功耗和卓越的服务质量,使得农民可以收集各种作物、气候和牲畜数据,用于数据驱动的决策,从而最大程度地提高产量、减少浪费并加强资源节约。
动物跟踪:远程监控畜群的位置和单个动物的健康状况,如牛或羊
灌溉管理:基于从田间收集的传感器分析,优化灌溉系统、水分配和用水量。
土壤监测:利用农田和葡萄园的实时土壤状况数据,通过测量湿度或PH值,并结合温度或光照强度等环境条件,优化和控制浇水、施肥。
移动性
mioty能够以120km/h的速度传输数据,支持多种用例,如Car-to-X应用、通行费管理和车队跟踪。可以将基站集成到车辆中,以便从环境中收集数据并创建新的商业模式。
盗窃监测:通过振动传感器或加速度计自动发现车辆的意外运动。无需配置、无需更换电池或进行维护,跟踪设备的成本可保持在较低水平。
车辆到基础设施(V2I):来自基础设施中设备的信息可以轻松地传输到车辆。因此,Mioty会向司机通报道路上的各种事件,如一般路况、黑冰或停车区。
医疗保健
mioty具有深度的室内穿透力、扩展性和健壮性,适用于各种医疗保健应用。提高资产利用率和分配,优化室内环境质量,并在紧急情况下提供更快的响应时间。
资产跟踪:建立跨设施的所有关键移动资产的实时地图,从患者病床和轮椅到除颤器、输液泵、呼吸机和便携式内窥镜设备
远程患者监控:远程监控重要的健康参数,如心率、血压或体温。当发现情况紧急时,向医疗保健专业人员发送实时通知
生活辅助:监测患者的生命体征,监测患者的生命体征,确保正确服药,并通过分析每天的运动量来跟踪老年人的活动水平
消费应用
借助具备mioty功能的智能家居应用,例如家庭自动化和安全,室内和室外智能照明以及联网车辆,可以自动化和简化日常任务。当您的Wi-Fi不再足够时,保持连接状态。
借助支持mioty的智能家居应用,可以自动化并简化日常任务,如家庭自动化和安全、室内外智能照明和联网车辆。当Wi-Fi不足时可通过mioty保持连接。
技术
随着设备数量和数据流量的增加,无线频谱变得越来越拥挤。干扰问题也变得更加严重,导致网络可能会丢失大量数据。
一些传统的LPWAN技术是点对点连接的,易受到干扰,并不适用于大规模部署。目前,LPWAN的一些局限有:
抗干扰性低会导致高的误报率和噪声环境中的信息丢失
与其他无线网络的共存问题导致整个网络基础架构的不稳定,从而降低了应用范围和服务质量
由于低效或重复的数据传输而导致高功耗,从而使得电池续航时间短
由于广播时间长,数据包很容易受到干扰
对移动应用的适用性有限,减少了应用范围
专有解决方案阻碍了物联网设备和解决方案的互操作性,并限制了投资
电报拆分超窄带(TS-UNB)
根据ETSI TS 103 357:”Short Range Devices;Low Throughput Networks (LTN); Protocols for radio interface A”中的“6 Telegram splitting ultra narrow band (TS-UNB) family”描述。
TS-UNB(Telegram splitting ultra narrow band)是一种基于UNB方法的星型低功耗广域网,采用电报拆分多址(TSMA,Telegram Splitting Multiple Access)技术。TSMA是一种随机信道接入方法,数据包的无线电传输分为几个短的无线电脉冲串,这些脉冲串在无线电信道上不连续地发送,其间有传输空闲时间间隔。无线电脉冲串在无线电帧内随时间和频率伪随机分布。该方法提供了对其他无线电设备的无线传输的高抗干扰能力,无论是来自自己的或外来的无线电系统,因为基站仅需要接收一部分无线电脉冲信号即可对传输的有效载荷进行解码。
随机性是通过晶体参考容差、附加消息相关的频率偏移以及由于系统运行的异步模式而在时间上随机信道访问来实现的。任何时候只要有可用的传输数据,终端就发起通信。无需网络同步。协议支持Class Z(仅上行链路)和Class A(双向)终端。下行链路通信由上行链路传输触发。在接收到上行链路传输之后,基站可以在一个定义的时间后发送下行链路传输。
为进一步缩短传输时间,特别是对于电池或能量收集工作的终端,使用信道编码与相干MSK或GMSK解调将接收器的灵敏度提高到-139dBm的水平,而又不会使信号带宽太窄。因此,对于10字节大小的应用数据的传输,空中无线传输时间累计小于400毫秒。所以,TS-UNB终端每条消息的功耗都非常低,低至10µWh,并且还可以在低占空比频段(DC=0．1%)下运行。由于超窄带和短时传输以及高抗干扰能力,TS-UNB可以可靠地处理200kHz频谱内每天每个基站超过一百万条消息的网络容量。
TS-UNB能够处理可变应用数据长度,上行链路长度高达245字节,下行链路长度高达250字节。该协议针对10个字节的应用数据长度进行了优化,从而构建了TS-UNB协议的核心帧。数据使用AES128加密。对于认证和完整性检查,在MAC协议数据单元中添加了一个基于32位密码的消息验证码(CMAC)。24位数据包计数器用于重播保护。可选的可变MAC模式可用于用户特定的MAC功能。
市场概况
mioty构建了跨整个物联网价值链的端到端解决方案,从终端、基站到物联网平台。
终端(End-Points) :终端包括智能仪表、过程变送器或网桥等。除mioty协议栈外,终端还配备了传感器、执行器和通信组件,如射频(RF)芯片、收发器和片上系统(SoC)解决方案或RF模块。此外,终端还具有电源,例如电池/市电能量或能量收集转换器。
通信:空中接口“无线无线电协议”定义了端点与基站之间的无线电通信协议。它基于ETSI规范TS 103357的TS-UNB系列。
基站:基站是通过mioty空中接口与终端通信的网络设备。它通过基站服务中心接口连接到mioty服务中心。
服务中心:服务中心管理由基站组成的mioty网络。它负责通过服务中心应用中心接口在终端应用和应用中心之间路由数据。在具有多个基站的网络中,服务中心负责数据聚合和重复数据删除。
应用中心:应用程序中心通过各种接口协议(如MQTT、Rest、COAP)将应用连接到mioty网络。它可以连接、配置和管理数千个终端。此外,应用中心负责应用层的安全性,并允许在网络和应用域之间严格分离加密密钥。
物联网平台:物联网平台通常由一个数据库和用于可视化和分析应用数据的工具组成。可以轻松地将其集成到标准云平台中,如Microsoft Azure、Amazon Web Services、Google Cloud或IBM Watson。
主要的射频收发器公司
Sub-1GHz频段成了低数据流量物联网组网的主要选择。为拓展产品的适用性,sub-1GHz射频收发器基本都盖免许可频段或ISM频段。SoC产品为产品的设计和应用带来了更多的灵活性,双核多协议栈支持成了无线微控制发展的一个新的方向。
附PPT
