Research

LPWAN เพื่ออินเตอร์เน็ตของสรรพสิ่ง


อาจารย์สุพัตรา เพ็ชรนิล  
อาจารย์ประจำกลุ่มความเชี่ยวชาญ Network and Security  
สถาบันนวัตกรรมมหานคร คณะวิศวกรรมศาสตร์  

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
22 มกราคม 2561   

          LPWAN (Low Power Wide Area Networks) คือ เครือข่ายแวนที่สื่อสารระยะไกลและใช้พลังงานในการรับส่งข้อมูลต่ำ จึงเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญยิ่งใน IoT ในการเชื่อมต่อเซนเซอร์และคอนโทรเลอร์เข้าสู่อินเตอร์เน็ตแทนการใช้ WiFi หรือโครงข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ ขณะที่ผู้ให้บริการโทรศัพท์เคลื่อนเลือกเชื่อมต่อ IoT ผ่านมาตรฐาน LTE Cat-M และ NB-IOT จริงๆ แล้วแอพพลิเคชั่น monitoring มีมานานหลายศตวรรษ แต่ LPWAN กำหนดขึ้นเพื่ออธิบายส่วนของ IoT และตลาดการสื่อสาร M2M (machine-to-machine) หากย้อนไปช่วง ค.ศ. 1990 มีสถาปัตยกรรมเครือข่ายเช่นเดียวกับ LPWAN อย่างเช่นเครือข่าย AlarmNet ของบริษัท ADEMCO หนึ่งในผู้ผลิตรายใหญ่ด้าน Alarm system ได้สร้างเครือข่ายความถี่ 900 mHz เพื่อรับส่งข้อมูลกับชุดแจ้งเตือนด้วยอัตราการรับส่งข้อมูลต่ำในพื้นที่สำคัญๆ 18 แห่งทั่วสหรัฐอเมริกา ปัจจุบัน ADEMCO ก็คือบริษัท Honeywell นั่นเอง เวลาต่อมาได้ย้ายการรับส่งข้อมูลไปยังเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่แทน ถัดมาเครือข่าย ARDIS เครือข่ายไร้สายระยะไกลความเร็วต่ำของ Motoroloa วัตถุประสงค์เพื่อใช้งานแอพพลิเคชันต่างๆ เช่น การติดตามกองเรือ การรับส่งอีเมล การทำธุรกรรมออนไลน์ และการรับส่งข้อมูลอื่น ๆ

          สิ่งที่ขับเคลื่อนให้ LPWAN ให้กลับมาอีกครั้ง เนื่องจากมีสรรพสิ่งต่างๆ มหาศาลที่ต้องการเชื่อมต่ออินเตอร์เน็ต จึงต้องมองหาอุปกรณ์ที่ราคาไม่สูงและรับส่งข้อมูลด้วยความเร็วต่ำ อย่างไรก็ดีสิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาสำหรับ LPWAN ก็คือ แบนด์วิธและพลังงานที่ใช้ ความล่าช้าและความน่าเชื่อถือในการรับส่งข้อมูล ความสามารถในการรีโมทระบบ เป็นต้น ปัจจุบันหลายบริษัททั้ง Sigfox บริษัท Ingenu (OnRamp) และ LoRA ต่างสร้างเทคโนโลยี LPWAN เพื่อให้บริการแก่บริษัทต่างๆ ที่มีตลาดส่วนใหญ่เกี่ยวกับการติดตามสรรพสิ่ง (Asset Tracking) การบริหารจัดการอาคาร (Building Management) เมืองอัจฉริยะ (Smart Cities) เกษตรอัจฉริยะ (Smart Agriculture) เป็นต้น ซึ่งบทความนี้จะขอยกตัวอย่างเฉพาะโครงสร้างสถาปัตยกรรมของเทคโนโลยี LoRa สำหรับ LoRa (มาจาก Long Range) เป็นส่วน Physical Layer ซึ่งก็คืออุปกรณ์และลิงค์สื่อสารที่ใช้พลังงานต่ำและสื่อสารได้ไกลกว่าโครงข่ายเซลลูลาร์ด้วยการมอดูเลชั่นแบบ CSS (Chirp Spread Spectrum) แทนการมอดูเลชั่นแบบ FSK ซึ่งเป็นเทคนิคที่ประหยัดพลังงานเช่นเดียวกันแต่มีระยะสื่อสารที่ไกลกว่า กระจายสัญญาณใน indoor ได้ดี ย่านความถี่ที่ใช้งานในแต่ละประเทศเป็นดังตาราง โดยแบ่งอุปกรณ์ end-device ออกเป็น 3 คลาส ได้แก่ Class-A (Battery Power) , Class-B (Low Latency) และ Class-C (No Latency)

          LoRaWAN คือ โพรโทคอลและสถาปัตยกรรมเครือข่าย ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการพิจารณาอายุการใช้งานแบตเตอร์รี่ของโหนด ความสามารถของเครือข่าย คุณภาพการให้บริการ การรักษาความปลอดภัย โดย LoRaWAN ใช้การเข้ารหัส End-to-End ด้วยมาตรฐาน 802.15.4 AES (Advanced Encryption Standard) ขนาด 128 บิต และใช้รูปแบบการเชื่อมต่อแบบ star เพื่อเป็นการรักษาอายุการใช้งานแบตเตอรี่เมื่อมีการเชื่อมต่อระยะไกล เนื่องจากหลายๆ เครือข่ายใช้การเชื่อมต่อสื่อสารแบบ mesh โดยโหนดแต่ละโหนดจะรับส่งข้อมูลระหว่างกันเป็นการเพิ่มระยะการสื่อสารและขนาดของเซลล์ก็จริง แต่ก็เป็นการเพิ่มความซับซ้อน ลดความสามารถ และลดอายุการใช้งานของแบตเตอร์รี่ เนื่องจากโหนดจะต้องรับส่งต่อข้อมูลจากโหนดอื่นๆ ที่ไม่ได้เกี่ยวข้องนั่นเอง

          ความท้าทายของ LPWAN ก็คือ มาตรฐาน LTE-M และ NB-IOT ที่ผลักดันจากภาคอุตสาหกรรมอย่างบริษัท Qualcomm และ Nokia ซึ่งผู้ให้บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่รายใหญ่อย่าง AT&T และ Verizon อัพเกรดซอฟต์แวร์ในระบบโดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ฮาร์ตแวร์เพิ่มเติมแต่อย่างใด จึงเป็นความท้าทายของกลุ่ม LoRa และ Sigfox เป็นอย่างมากที่ต้องคิดกลยุทธให้คุ้มค่ามากกว่าการรับส่งข้อมูลที่ผู้ให้บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจแอพพลิเคชันที่แท้จริงของ LPWAN ที่มีอุปกรณ์เชื่อมต่อกันนับพันล้านเครื่องที่อาจมีส่วนช่วยในการลดปริมาณการใช้ทรัพยากรน้ำ หรือช่วยในการลดการใช้พลังงาน และอื่นๆ อีกมากมาย รวมถึงช่วยให้บริษัทต่างๆ ดึงข้อมูลจากเครือข่ายเซ็นเซอร์แล้วใช้ข้อมูลนั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับเครือข่าย 5G นั้นเป็นเวลาหลายปีแล้วที่ได้มีการตระหนักในการผลักดันให้บริษัทโทรคมนาคมใช้โมเดล IoT ด้วยเทคโนโลยีทางเลือกที่มีอยู่ปัจจุบัน เราจึงเห็นการต่อสู้ระหว่างมาตรฐาน LTE-M กับมาตรฐาน NB-IoT ในเชิงธุรกิจมากขึ้น โดยผู้ให้บริการโครงสร้างพื้นฐานอย่าง Ericsson และ Huawei ยังคงเพิ่มโซลูชันด้าน IoT ที่สำคัญๆ ทั้งในส่วนฮาร์ตแวร์และซอฟต์แวร์เพื่อตอบโจทย์ผู้ใช้งานให้ใช้งานได้หลากหลาย

          ระยะเวลาต่อจากนี้ไปจะเห็นการแข่งขันในตลาดเทคโนโลยี LPWAN ที่เข้มข้นมากขึ้น จะเห็นว่าผู้ให้บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่รายใหญ่ๆ ในบ้านเราเริ่มทยอยเปิดให้บริการเครือข่าย IoT กันแล้ว สิ่งที่น่าจับตามองก็คืออีกไม่กี่ปีข้างหน้าตลาดและมาตรฐาน IoT ในบ้านเราจะเป็นอย่างไร เทคโนโลยี LPWAN ใดที่จะครองตลาดส่วนใหญ่ ในฐานะผู้ใช้งานก็คงคาดหวังว่า LPWAN จะช่วยพัฒนาให้ประเทศไทยก้าวหน้าได้อย่างมั่นคงยั่งยืน

     ผู้เขียนคิดว่าต่อให้เทคโนโลยีก้าวไกลและดีเพียงใดแต่ถ้าไม่สามารถทำให้คนเป็นคนดี รู้สำนึกในหน้าที่ของตนเองได้ เทคโนโลยีนั้นก็เป็นแค่เทคโนโลยีที่ล้มเหลวเทคโนโลยีหนึ่งเท่านั้น     

อ้างอิง
https://www.link-labs.com/blog/past-present-future-lpwan : BRIAN RAY
https://www.techtalkthai.com/cat-lora-iot-is-announced/
https://en.wikipedia.org/wiki/LPWAN
https://www.lora-alliance.org    

<< ย้อนกลับ