Обратный и односторонний канал

В начале нашей статьи мы расскажем про особенности работы прямого и обратного канала безлицензионных LPWAN систем. Про некоторые особенности работы обратного канала не всегда пишут, особенно в описании UNB систем.  Ранее мы уже затрагивали эту тему и говорили о плюсах и минусах синхронных систем на основе обратного канала. 

Сначала рассмотрим некоторые важные особенности работы обратного канала: 

1. Полудуплексный режим. Обычно в LPWAN системах работа с обратным каналом ведется в полудуплексном режиме. При полудуплексной передаче пакет данных либо отправляется системой, либо принимается, делать это одновременно система не может. В полудуплексном режиме во время передачи обратного сообщения приемник шлюза «глохнет» и пропускает все возможные прямые сообщения на всех каналах приема. Если шлюз обслуживает тысячу датчиков, то во время передачи сообщения только одному из них он не может услышать сообщения от всех остальных.  
2. Дуплексный режим. Организовать дуплексный режим крайне затруднительно как с технической, так и с законодательной точки зрения. Он практически не используется в решениях на LoRa. Дуплекс пытаются применять в некоторых UNB системах используя для прямого канала частотный диапазон 868 МГц, а для обратного, например 433 МГц (ограничение по мощности 10 мВт) или PMR 446 МГц (последний запрещен для такого использования).  
3. Повышенная мощность обратного канала UNB систем. Для работы обратного канала UNB систем требуется повышенная мощность, чтобы обеспечить симметричность связи шлюзу, необходимо поднять мощность с 25 мВт до 0,5–2 Вт, как это делает SigFox, но далеко не во всех странах это разрешено (например, в России - запрещено). Такая мощность возможна в диапазоне PMR 446 МГц, но передавать данные там нельзя. Использование разрешенной мощности сразу ограничивает радиус действия UNB системы на порядок по дальности. Вот почему на сайте российских производителей UNB систем нет никаких подробностей об обратном канале и его параметрах. 
4. Работа в режиме квитирования. Применение квитирования сообщений при стандартной работе LPWAN шлюза в полудуплексном режиме на порядки ограничивает пропускную способность шлюза (см п 1). Каждая квитанция глушит прием от других устройств, тем более не понятно, что делать датчику, если квитанция то есть, то нет, так как пропадает в зоне неуверенного приема обратного канала. 
5. Работа в режиме опроса.  Работа в режиме опроса (класс С для LoRaWAN) подразумевает под собой постоянное “прослушивание” радиоэфира. В таком случае датчик работает постоянно, что делает невозможным его работу от батарейки. 
6. Перепрошивка КУ (конечного устройства) по воздуху. LPWAN КУ можно «перепрошивать» по воздуху, но это будет максимально неэффективно., Перепрошивка устройства  - процесс долгий и это действие занимает весь доступный эфир, в это время шлюз не имеет возможность работать с датчиками в штатном режиме и теряет информацию. Удаленные датчики на границе приема будут требовать постоянного повтора информации, что не прогнозируемо увеличит время, которое шлюз потратит на повтор, а значит будет находиться вне возможности приема информации от других КУ. Режим перепрошивки датчиков по LPWAN красиво выглядит в лаборатории, но на практике мы категорически не рекомендуем его использовать,. Как правило, LPWAN датчик – достаточно простое устройство, в обычной жизни – ему не нужна перепрошивка, если только допущена ошибка по вине разработчика.
7. Безопасность. Обратный канал должен быть высоко защищенным, так как он позволяет управлять устройствами (включать, выключать, менять данные, режимы и ключи) а не только получать с него данные. Перехват управления КУ злоумышленником может быть чреват очень серьезными последствиями. Обратный канал несет на несколько порядков больше рисков в использовании LPWAN систем, чем только прямой. 

Как ни странно, в большинстве LPWAN кейсов от обратного канала можно отказаться без потери, а иногда и с существенным улучшением качества передачи данных и удешевлением компонентов системы. Если у Вас нет необходимости управлять устройством, то обратный канал чаще всего - не нужен! 

Например, большинство современных систем радиоохраны большого радиуса действия работает по одностороннему каналу и обеспечивает при этом все требования к профессиональному оборудованию охраны объектов. Для контроля связи в таких системах используют специальные регулярные посылки «контроля канала», и это самый энергетически выгодный способ контроля. 

Итак, в большом случае применений, односторонний канал GoodWAN имеет следующие преимущества: 

1. Дольше автономная работа от батарейки; 
2. Больше пропускная способность системы; 
3. Выше информационная безопасность; 
4. Постоянный контроль канала связи; 
5. Удешевление стоимости конечных устройств; 
6. Простота инсталляции и эксплуатации КУ.  

Мы считаем, что односторонний канал – самый эффективный формат работы безлицензионной LPWAN системы, где нет задачи управлять устройством. GoodWAN в своих массовых и дешевых устройствах использует одностороннюю технологии без ухудшения надежности и безопасности работы.