LPWA LÀ GÌ?

LPWA là viết tắt của Low-Power Wide-Area ( mạng diện rộng năng lượng thấp), nó không đề cập đến bất kỳ một công nghệ cụ thể nào, mà dùng như một thuật ngữ chung cho bất kỳ mạng nào được thiết kế để giao tiếp không dây với công suất thấp hơn các mạng khác như mạng di động, vệ tinh hoặc WiFi.

Hơn nữa, LPWAN giao tiếp ở khoảng cách xa hơn so với các mạng công suất thấp khác sử dụng Bluetooth hoặc NFC chẳng hạn.

LPWA còn được gọi là LPWAN, trong đó N là viết tắt của network (mạng). LPWA tương tự như các thuật ngữ LAN hoặc WAN ở chỗ nó không có định nghĩa chính thức, cụ thể.

Thông thường, giao tiếp trên một khoảng cách xa với công suất thấp chỉ cho phép truyền một lượng nhỏ dữ liệu tại một thời điểm. Trong khi các mạng di động hiện đại lên đến gigabit trên giây với LTE Advanced và các mạng 5G sắp tới, mạng LPWA truyền ít hơn nhiều — thường chỉ vài kilobit trên mỗi kênh. Mặt khác, nhiều công nghệ LPWA có thể giao tiếp với khoảng cách xa hơn, đôi khi lên đến 800 km hoặc hơn.

Băng thông rất hạn chế của mạng LPWA không phù hợp với hầu hết các ứng dụng thương mại và tiêu dùng như thoại, video, âm thanh hoặc thậm chí là nhắn tin văn bản. Như vậy, mạng LPWA hầu như chỉ được sử dụng bởi các thiết bị trên Internet of Things (IoT) và truyền thông M2M (máy-với-máy).

Một số công nghệ LPWA phổ biến hiện tại:

LoRaWAN

LoRaWAN là một tiêu chuẩn mở được đưa ra bởi tổ chức LoRa Alliance nhằm đảm bảo khả năng tương tác giữa các thiết bị IoT. Chip LoRa cơ bản cần thiết để triển khai mạng LoRaWAN là độc quyền của nhà sản xuất chất bán dẫn SemTech.

Được thành lập vào tháng 3 năm 2015 để phát triển giao thức LoRaWAN, LoRa Alliance là một hiệp hội phi lợi nhuận mở với hơn 500 thành viên trên toàn cầu từ các công ty viễn thông, các nhà tích hợp hệ thống, các nhà khởi nghiệp và các nhà sản xuất. Đến đầu năm 2018 đã có 62 nhà khai thác mạng công cộng được đưa vào sử dụng và hơn 350 thử nghiệm đang diễn ra và triển khai tại hơn 100 quốc gia.

LoRa sử dụng phổ tần số Sub-GHz (868 MHz ở Châu Âu, 915 MHz ở Châu Mỹ và 433 MHz ở Châu Á). Công nghệ này sử dụng kỹ thuật trải phổ để truyền dữ liệu trên các kênh tần số khác nhau và ở các tốc độ khác nhau để các Gateway có thể thích ứng với các điều kiện thay đổi và tối ưu hóa cách thức trao đổi dữ liệu với từng thiết bị.

Tốc độ dữ liệu nằm trong khoảng từ 300bps đến 50kbps tùy thuộc vào hệ số trải phổ (SF - Spreading Factor) và băng thông (BW-Bandwidth) kênh, trong khi độ dài tin nhắn tối đa là 243 byte cung cấp chức năng truyền thông hai chiều hiệu quả. Mỗi tin nhắn được nhận bởi tất cả các trạm thu phát trong phạm vi để đảm bảo tỷ lệ truyền thành công nhưng với yêu cầu nhiều trạm thu phát có thể làm tăng chi phí triển khai mạng.

Sigfox

Công nghệ LPWAN độc quyền được triển khai rộng rãi nhất là Sigfox, được thành lập tại Pháp vào năm 2009 và đã triển khai mạng đầu tiên vào giữa năm 2012. Vào đầu năm 2014, nó đã đạt được phạm vi phủ sóng toàn quốc ở Pháp và một năm sau đó đã có mạng Sigfox ở năm quốc gia. Bản thân Sigfox có các mạng ở Pháp, Đức, Tây Ban Nha và Mỹ nhưng các mạng khác nhau được triển khai và vận hành bởi nhiều đối tác khác nhau. Tính đến tháng 8 năm 2018 đã có mạng lưới ở khoảng 50 quốc gia trên toàn cầu với mục tiêu hướng tới là vào cuối năm sẽ nâng lên thành 60 quốc gia.

Giống như LoRaWAN, Sigfox hoạt động ở phổ tần số Sub-GHz và sử dụng công nghệ UNB (Ultra-Narrowband – Băng tần hẹp), cho phép sử dụng băng thông hiệu quả cao với tỉ số tín hiệu/nhiễu thấp và phương pháp điều chế băng tần hẹp (Ultra narrow band modulation) để đạt được tầm xa (lên tới 10km ở khu vực thành thị, 50km ở các khu vực nông thôn).

Toàn bộ thành phố có thể được bao phủ với một trạm thu phát duy nhất. Tuy nhiên, tốc độ dữ liệu là thấp (tối đa 2 giây đối với truyền 12 byte), giới hạn dung lượng của 150 tin nhắn 12 byte uplink và 4 tin nhắn 8 byte downlink mỗi ngày.

Các trạm thu phát có thể nhận tin nhắn đồng thời trên tất cả các kênh có sẵn. Vì vậy, thiết bị đầu cuối sẽ chọn ngẫu nhiên một kênh tần số để truyền tin nhắn của nó. Điều này giúp đơn giản hóa thiết kế của thiết bị đầu cuối, do đó giảm chi phí.

Mạng hoạt động trong một dải tần số miễn cấp phép. Hiện tại, để cung cấp dịch vụ truyền thông, ở Châu Âu và ở Mỹ lần lượt các băng tần 868 MHz và 902 MHz đã được sử dụng.

NB-IoT

Tiêu chuẩn về mạng NB-IoT đã được nhóm 3GPP đưa ra vào năm 2016 trong phiên bản Release 13 (LTE Advanced Pro) và hiện đang trong quá trình thử nghiệm. NB-IoT được phát triển dựa trên các tiêu chuẩn di động hiện có. Như vậy đối với NB-IoT, có thể sử dụng gần như tất cả các dải tần số tương tự như 2G/3G/4G trong băng tần thấp. Đó là B20 (800 MHz), B8 (900 MHz), B3 (1800 MHz).

Nhóm 3GPP đưa ra ba tùy chọn để triển khai mạng NB-IoT được biểu diễn như hình minh họa dưới. Đầu tiên là In Band, tức là phổ tần số hoạt động sẽ được đặt trong khoảng tần số bảo vệ của mạng LTE. Thứ hai là NB-IoT Guard Band, tức là Narrowband IoT sẽ được phân bổ phổ tần số riêng. Thứ ba được gọi là Standalone. Dựa trên khái niệm đưa ra, NB-IoT và LTE hoạt động trong cùng một dải tần số. Như vậy, mạng NB-IoT có thể được triển khai ở các dải tần, trong đó tiêu chuẩn GSM hay LTE hiện đang hoạt động. Tốc độ truyền dữ liệu trong NB-IoT đạt 200 kbps, đủ cho các thiết bị truyền dữ liệu nhỏ cùng loại theo một chu kì.

LTE-M

LTE-M là công nghệ dựa trên mạng di động 4G. Tiêu chuẩn này được xuất bản bởi Dự án Đối tác Thế hệ thứ 3 (3GPP) trong đặc tả Phiên bản 13 của nó. Thông thường, các thiết bị di động không có năng lượng thấp, như bất kỳ ai phải sạc điện thoại di động của họ liên tục đều biết. Để tạo ra phần “năng lượng thấp” của lời hứa LPWA, các chip không dây 4G chuyên dụng này được thiết kế với Chế độ tiết kiệm năng lượng. Về cơ bản, con chip này thường bị tắt, chỉ thức dậy vào những khoảng thời gian định trước. Ngoài ra, chip bán song công nên sử dụng ít năng lượng hơn ngay cả khi bật, nhưng lại chậm hơn nhiều so với kết nối 4G truyền thống. Tốc độ dữ liệu tối đa là khoảng 100 kbits / s.

 Phiên bản LPWA này cung cấp kết nối năng lượng thấp, nhưng chỉ ở những nơi bạn có thể nhận được kết nối LTE. Mối quan tâm về các công nghệ di động như thế này là xu hướng của các công nghệ như vậy sẽ bị các nhà cung cấp dịch vụ ngừng hoạt động nhanh hơn so với các thiết bị rời khỏi lĩnh vực này. Ví dụ: bất kỳ thiết bị nào dựa trên kết nối 2G không có khả năng hoạt động ở hầu hết mọi nơi ở Hoa Kỳ, nơi các mạng như vậy đã được tắt và nâng cấp.

Các công ty như IBM đang thiếu vắng Nhóm đặc nghiên cứu LTE-M làm việc trên tiêu chuẩn này. Tuy nhiên, Nhóm nghiên cứu LTE-M bao gồm nhiều nhà cung cấp dịch vụ di động trên thế giới, bao gồm bốn nhà mạng lớn của Hoa Kỳ — Verizon, AT&T, Sprint và T-Mobile — cũng như một số nhà sản xuất chip như Qualcomm.