Исследование сотового Интернета вещей:стоимость, батарея и данные

За Интернетом вещей (IoT) стоит множество различных беспроводных технологий межмашинного взаимодействия (M2M). Одна из таких технологий - сотовая сеть. В 1979 году японская компания Nippon создала первую коммерческую автоматизированную сотовую сеть. За 36 лет, прошедших с тех пор, сотовые сети эволюционировали от простой беспроводной голосовой связи до сложных широкополосных возможностей.

Сегодня сотовые сети предназначены в первую очередь для мобильных устройств и, таким образом, адаптированы для голосовых и видеозвонков, а также других приложений с высокой скоростью передачи данных. Они оптимизированы для этих шаблонов использования широкополосного доступа. Из-за его широкого охвата разработчики Интернета вещей обращаются к сотовой связи для поддержки своих приложений. Но разве это хорошая идея? Подходит ли сотовая связь для большинства устройств, подключенных к M2M? Есть ли лучшая альтернатива? Мы рассмотрим эти (и другие) вопросы в этой статье.

Элементы сотового Интернета вещей

Инфраструктура

Возможно, наиболее часто упоминаемым преимуществом использования сотового Интернета вещей является повсеместное покрытие. Вышки сотовой связи уже есть повсюду, а основные сети покрывают примерно 99% населения США. Итак, если вы хотите быстро развернуть свою сенсорную сеть, сотовые сети всегда доступны.

Для обеспечения работоспособности необходимо установить и развернуть маломощные глобальные сети (LPWA), которые были разработаны для приложений IoT с низкой скоростью передачи данных. Но многие инженеры и разработчики Интернета вещей забывают, что этим сетям обычно не нужно покрывать расстояние более нескольких квадратных миль. Если вам нужна сеть для покрытия офисного здания, школьного кампуса или фермы, вы сможете эффективно сделать это с помощью сети LPWA, использующей всего несколько шлюзов. Итак, если вы хотите установить свои собственные шлюзы или дождаться установки общедоступной сети LPWA, широкое географическое преимущество сотового Интернета вещей становится менее важным.

Срок службы батареи

Сотовые сети получили широкое распространение в пространстве Интернета вещей, когда были созданы сети 2G. Причина, по которой разработчикам приложений и сетевым операторам понравился 2G, была архитектура промежуточного хранения . Радиоприемники могли просыпаться, отправлять свои данные, получать предназначенные для них данные и снова засыпать. Это значительно сэкономило заряд батареи, потому что не нужно было постоянно включать радио в ожидании сообщений.

Когда были созданы 3G и 4G, архитектура с промежуточным хранением была удалена и заменена подходом постоянного включения . Это означает, что радио всегда ожидает сообщения, которое сообщает устройству, когда оно получает новую информацию. Из-за почти постоянной связи с сетью время автономной работы резко сокращается.

В сети LPWA датчики переходят в спящий режим и просыпаются, когда им нужно отправить пакеты данных. Поскольку радио большую часть времени находится в спящем режиме, это позволяет батареям работать от пяти до 10 лет (в зависимости от технологии). Провайдеры сотовой связи осознали, что время автономной работы является проблемой для тех, кто работает в сфере Интернета вещей, и они понимают, что сотовой связи недостаточно для очень маленьких бит данных. В ответ на эти опасения они предложили новый протокол под названием LTE-M. Интересно то, что он на самом деле предназначен для восстановления некоторых элементов сотовой передачи 2G, таких как сохранение и передача.

Важно отметить, что даже если эти возможности вернутся, устройства M2M, подключенные к сотовой связи, по-прежнему требуют гораздо больше энергии и энергии, чем сети LPWA. Потребляемая мощность только для передачи данных 4G-LTE в десять раз больше для передачи (~ 120 мА против ~ 12 мА) и в 1000 раз больше для режима ожидания (~ 2 миллиампер против ~ 2 микроампер), чем у новых появляющихся сетевых систем LPWAN. Это проблема, с которой придется столкнуться операторам сотовой связи.

Предложение LTE-M будет предложено в конце следующего года, а затем его необходимо будет ратифицировать и принять. Скорее всего, мы увидим первые итерации LTE-M в конце 2017 или 2018 гг. Так что, если вам нужно решение, которое будет более эффективно использовать батарею сейчас (или в ближайшие три года или около того), вам, вероятно, следует обратить внимание на низкое энергопотребление в широком смысле. -зональные сети.

Передача данных

Что касается последних версий сотовой связи - 4G и LTE, - операторы могут осуществлять вещание в 44 полосах частот. Поэтому, когда устройство пытается установить соединение, у него есть большая потенциальная пропускная способность.

Но помните, что сети LTE предназначены для широкополосного доступа . коммуникации. Они оптимизированы для высококачественной передачи голоса и данных, в том числе для видео, таких как просмотр Netflix или звонки FaceTime. Нам нравится описывать это как огромное 8-полосное шоссе, полностью заполненное самосвалами, предназначенными для перемещения больших объемов данных. Итак, что происходит, когда вам не нужно перемещать большие данные - вам просто нужно отправлять небольшие пакеты данных? Что ж, вместо того, чтобы эти самосвалы были заполнены до краев, у них есть только лопата, полная данных. Ясно, что это была бы очень неэффективная транспортная схема.

Важно помнить, что многие приложения M2M отправляют менее пары сотен байт ежедневно. Например, панель сигнализации отправляет только 40 байт каждый день. Даже если вы предположили, что устройство отправляет 30 байтов в час, это всего 22 килобайта в месяц. Это существенно меньше тарифных планов сотовых компаний, которые рассчитаны на гигабайты данных.

Итак, следуя нашей аналогии, то, что вы на самом деле потребность в сенсорной сети и многих новых приложениях IoT - это не 8-полосное шоссе, заполненное огромными объемами данных - вам просто нужна велосипедная полоса! Это то, что предоставляют сети LPWA:эффективный способ перемещения небольших объемов данных. Помните, когда вы думаете об Интернете вещей в целом, вы не имеете в виду пару сотен радиоприемников с датчиками - вы говорите о десятках миллиардов устройств. И если все эти устройства завтра появятся в сети LTE с TCP / IP, это полностью разрушит сеть.

Стоимость сотового Интернета вещей

Стоимость модуля

Модуль LTE, приобретенный в очень большом количестве, будет стоить от 25 до 30 долларов. Модуль LPWA, закупленный в очень большом количестве, будет стоить около 10 долларов. По мере развития сетей LPWA - в течение следующих трех лет - цена за модуль должна упасть между 5 и 10 долларами. Эта разница в 10 долларов может быть большим количеством . денег, если их умножить на тысячи (или миллионы) модулей, которые могут потребоваться.

Периодические сборы

Плата за сети LPWA, которые развертываются сегодня (в основном в Европе), составляет несколько долларов в год. Сравните это с сегодняшней платой за передачу данных по сотовой сети - порядка нескольких долларов в месяц - и вы увидите большую разницу, если начнете умножать эти цифры на миллионы развернутых устройств. Помните, что если вы развертываете собственную инфраструктуру, как это делают многие организации для своих приложений LPWA, ежемесячных периодических затрат не взимается.

Прочие сборы

Еще одна вещь, о которой следует помнить в отношении некоторых сотовых систем, - это то, что существуют другие расходы, такие как плата за SIM-карту, плату за активацию и деактивацию и многое другое. Эти типы изменений могут накапливаться, если пользователи не будут осторожны. Кроме того, некоторые сети взимают с пользователей плату независимо от того, передают они данные или нет. Сети LPWA могут делать то же самое, но их стоимость настолько ниже, что это может быть номинальная плата.

Какой тип сети лучше всего?

В конце концов, вам нужно определить, что добрый данных, которые вы отправляете, и как много данные, которые вы отправляете, чтобы вы могли выбрать подходящий инструмент для работы. Следуя приведенной выше аналогии, если ваши приложения используют самосвал данных, сотовый Интернет вещей может быть тем направлением, в котором вы хотите двигаться. Но если вы используете только небольшие объемы данных - полный ковш в указанном самосвале - вам лучше выбрать велосипедную полосу и использовать сеть LPWA.

Также важно отметить, что сотовая связь и LPWA - не единственные доступные типы сетей M2M. Фактически, мы написали официальный документ о семи самых популярных сетях M2M и предлагаем вам взглянуть на них, чтобы лучше понять, какой вариант сети лучше всего подходит для вашей организации.