Bezprzewodowy dylemat: LPWAN i Mesh — dr Łukasz Krzak na Evertiq Expo Kraków 2025

Już na początku dr Krzak zaznaczył, że technologia bezprzewodowa to temat bardzo złożony - same definicje nie zawsze wystarczą.

„Jakbyśmy zapytali jakiś model językowy o to, co to jest sieć Mesh i co to jest LPWAN, to dostaniemy bardzo skondensowane informacje i one są bardzo fajne na początek. LPWAN to sieci zaprojektowane w celu komunikacji na duże odległości przy niskim zużyciu energii. Sieci Meshowe będą się tym różniły, że komunikacja w nich będzie wykorzystywała węzły, które już istnieją w danej sieci. Ale w praktyce to za dużo nam nie mówi”, powiedział ekspert.

Dr Krzak poprosił publiczność o podanie znanych im standardów. W przypadku LPWAN na liście pojawiły się m.in. LoRaWAN i Sigfox, które, jak zauważył prelegent, często są domyślnie kojarzone z tym podejściem:

„Jak pytam ludzi o to, co to jest sieć LPWAN, to oni mówią: no to jest LoRa. Bardzo często to się jednoznacznie kojarzy.”

W kontekście sieci Mesh uczestnicy wymienili Zigbee, Thread, Bluetooth Mesh. Dr Krzak uzupełnił listę o mniej znane standardy: Wirepas i Embenet, który jest autorskim rozwiązaniem EMBETECH:

„Nie skromnie powiem - nasza firma tutaj popełniła ten standard i jest to nasz produkt flagowy.”

Topologia i architektura sieci

Dr Krzak podczas swojego wystąpienia omówił strukturalne różnice sieci. LPWAN opiera się na topologii gwiazdy: każde urządzenie łączy się bezpośrednio z centralnym punktem, czyli stacją bazową. Jak zaznaczył:

„To są sieci prostsze we wdrożeniu i zrozumieniu, bo tych linków jest po prostu niewiele.”

Natomiast Mesh tworzy „kratę”. Same urządzenia mogą być przekaźnikami i dzięki temu sieć rozrasta się w sposób organiczny:

„Te sieci pokrywają teren, rozprzestrzeniając się w taki sposób, że budują komunikację pomiędzy poszczególnymi węzłami.”

Ten rodzaj struktury jest elastyczniejszy, ale też bardziej skomplikowany:

„Urządzenia pośredniczące mają dodatkową funkcję routingu i wdrażając takie rozwiązanie musimy coś o tym wiedzieć.”

Zasięg, pasma i kompromisy

Jednym z kluczowych parametrów technicznych, które omówił dr Krzak, był „budżet linku radiowego”, czyli różnica między mocą nadawczą a czułością odbiornika.

„Jak ktoś jest z uczelni, z telekomunikacji, to niech może teraz zamknie oczy i uszy, bo spłycę trochę to zagadnienie”, ostrzegł ekspert.

Większy budżet linku radiowego pozwala na dalszą transmisję, ale okupioną niższą prędkością przesyłania danych.

„To jest taki kompromis między odległością, szybkością transmisji i energią.Tak jak w zarządzaniu, prawda? Szybkość, zasięg, energia - wybierz dwa. Niska energia. Jeżeli odejmiemy te dwie liczby od siebie, to z dużym uproszczeniem możemy wskazać coś takiego jak link budget, czyli taką liczbę, która mówi nam ile możemy teraz stracić mocy w torze pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem.”

Dr Krzak zwrócił uwagę, że sieci Mesh, choć mają mniejsze zasięgi pojedynczych połączeń, mogą dzięki swojej topologii pokryć podobny obszar co LPWAN. Realizują to po prostu w inny sposób.

Kolizje, wielodrogowość i jakość sygnału

Dr Krzak w swoim wystąpieniu zwrócił uwagę uczestników na zjawisko kolizji pakietów i problemy wynikające z zagęszczenia sieci:

„W sieciach LPWAN występuje jedna domena kolizyjna. Wszystkie urządzenia rywalizują o dostęp do kanału.”

Sieć Mesh jest rozbita na mniejsze domeny, a komunikacja prowadzona jest na mniejszych dystansach. Dzięki takiemu rozwiązaniu występuje również znacznie mniej kolizji.

Kolejny problem to wielodrogowość, czyli odbijanie się sygnału od przeszkód. Uczestnicy wykładu mogli zobaczyć materiały z eksperymentu biurowego:

„Zmiana położenia odbiornika o 5 cm powodowała spadek sygnału o kilkadziesiąt decybeli”, relacjonował Krzak.

Rozwiązaniem jest stosowanie zmienności częstotliwości:

„Nowoczesne standardy celują w to, żeby unikać pracy w jednym wąskim kanale. Zamiast tego stosują tzw. frequency hopping.”

A gdzie energooszczędność?

Jak zauważył dr Krzak, LPWAN często kojarzona jest z niskim zużyciem energii, a stacje końcowe w tych sieciach mogą działać latami na jednej baterii. Jednak Mesh nie odstaje, a czasem nawet przewyższa LPWAN w tym zakresie:

“Natomiast w większości sieci meshowych mamy pojęcie tak zwanego węzła końcowego, w którym zużycie energii może być równie niskie jak w sieciach LPWAN. Czasami nawet niższe”, wyjaśnił Krzak. ”Jak sobie pomyślimy o tym w ten sposób: ze względu na szybkość transmisji wysłanie porcji danych do stacji bazowych może trwać dłużej niż do najbliższego routera. Komunikując się szybciej okaże się, że w węzłach końcowych sieci meshowych to zużycie energii może być nawet niższe niż w przypadku sieci LPWA.”

Integracja i bezpieczeństwo

W kontekście integracji z systemami chmurowymi i IT dr Krzak rozróżnił dwa podejścia:

• integracja w warstwie aplikacji, czyli tłumaczenie danych w gateway’u,
• integracja w warstwie sieci, czyli pełna komunikacja end-to-end np. przez IPv6.

“Pewne standardy pozwalają na integrację w warstwie sieci. To znaczy, że te urządzenia pośredniczące, w naszym przypadku router, one tak naprawdę nie ingerują w treść wiadomości. Raczej pomiędzy routerem, urządzeniem końcowym i systemem zewnętrznym komunikacja zachodzi w tej samej warstwie transportowej i tutaj najczęstszym rozwiązaniem dzisiaj jest protokół IPv4.”

Dr Krzak przyznał, że wybór między standardami LPWAN i Mesh nie jest jednoznaczny. Sieci LPWAN są prostsze i mają większy zasięg. Sieci meshowe są elastyczniejsze i bardziej odporne na zakłócenia.

„Bardzo trudno sobie wyobrazić takie rozwiązanie, które jest uniwersalne i bardzo dobre we wszystkich dziedzinach,”, podsumował dr Krzak.

Wystąpienie „Sieci bezprzewodowe LPWAN i Mesh – porównanie technologii” to nie pierwszy raz, kiedy dr inż. Łukasz Krzak podzielił się swoim ponad dwudziestoletnim doświadczeniem w branży radiokomunikacyjnej z Evertiqiem. Zainteresowanych odsyłamy do IoT i wybór technologii komunikacyjnych: nie tylko koszt się liczy.

Na kolejne wykłady i spotkania w ramach Evertiq Expo Kraków zapraszamy w przyszłym roku - już 7 maja 2026! Jesteśmy podekscytowani, ponieważ pierwszy raz spotkamy się w Centrum Konferencyjnym CKF13 na ulicy Fabrycznej! Rejestracja na wydarzenie już trwa.