Energy efficiency research of LPWAN technologies

Abstract

EN: Context. The emergence of the Internet of Things (IoT) has led to the development of various low-power wide area network (LPWAN) technologies that are designed to provide transmission of small data packets over long distances with minimal energy consumption. The two most well-known LPWAN technologies are LoRaWAN and Sigfox. This study aims to compare the energy efficiency of these two technologies to determine their suitability for use in autonomous solutions. Objective. The objective of this study is to compare the energy efficiency of LoRaWAN and Sigfox technologies for IoT devices. The comparison will help determine which technology is better for autonomous solutions when devices need to operate for extended periods of time without frequent battery replacements. Method. In this work, taking into account the specifications of the investigated radio technologies, mathematical modeling of the time of data transmission or reception is used depending on the payload, and information on the power supply current is taken from official datasheets for the components of the investigated devices. Results. The results of the study show that both LoRaWAN and Sigfox are energy-saving technologies, but LoRaWAN is generally more energy-efficient than Sigfox. In addition, LoRaWAN has adaptive modes and significantly more manual settings, which in some cases further reduces the energy per bit of data compared to Sigfox. Conclusions. LoRaWAN is the best choice for autonomous solutions where energy efficiency is crucial. This study provides valuable information for designers and developers of IoT devices, allowing them to make informed decisions when choosing LPWAN technologies for their autonomous solutions. UK: Актуальність. Поява Інтернету речей (IoT) спричинила розробку різних технологій глобальної мережі з низьким енергоспоживанням (LPWAN), які призначені для забезпечення передачі невеликих пакетів даних на великі відстані при мінімальному споживанні енергії. Двома найбільш відомими технологіями LPWAN є LoRaWAN та Sigfox. Це дослідження спрямоване на порівняння енергоефективності цих двох технологій, щоб визначити їхню придатність для використання в автономних рішеннях. Мета. Метою цього дослідження є порівняння енергоефективності технологій LoRaWAN та Sigfox для пристроїв IoT. Порівняння допоможе визначити, яка технологія краща для автономних рішень, коли пристрої повинні працювати протягом тривалого часу без частої заміни батареї. Метод. У роботі враховуючи специфікації досліджуємих радіотехнологій використовується математичне моделювання часу передачі або прийому даних в залежності від корисного навантаження, інформацію про струми споживання взято з офіційних специфікацій на компоненти досліджуваних пристроїв. Результати. Результати дослідження показують, що і LoRaWAN, і Sigfox є енергозберігаючими технологіями, але LoRaWAN загалом енергоефективний, ніж Sigfox. Крім того, LoRaWAN має адаптивні режими та значно більше ручних налаштувань, що в деяких випадках ще додатково зменшить енергію на біт даних в порівняні з Sigfox. Висновки. LoRaWAN є найкращим вибором для автономних рішень, де енергоефективність має вирішальне значення. Це дослідження дає цінну інформацію проектувальникам і розробникам пристроїв IoT, дозволяючи їм приймати обґрунтовані рішення при виборі технологій LPWAN для своїх автономних рішень.