reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© MICRODIS Technologie | 23 stycznia 2017

Narrow Band IoT - moda czy rewolucja?

Tw贸rcy globalnych standard贸w transmisji danych przez lata my艣leli raczej o systemach konsumenckich, przeznaczonych dla cz艂owieka, ni偶 o maszynowych zastosowaniach przemys艂owych. Smartfony, tablety, laptopy itp. otrzyma艂y efektywnie dzia艂aj膮cy system przesy艂ania g艂osu i danych. Szybka sie膰 4G/LTE Cat.4 oraz WiFi zapewniaj膮 dost臋p do chmury, a Bluetooth Classic - lokaln膮 transmisj臋 d藕wi臋ku. Technologie te nie do ko艅ca spe艂niaj膮 jednak wymogi komunikacji pomi臋dzy maszynami, g艂贸wnie ze wzgl臋du na wysokie zu偶ycie energii oraz koszty podzespo艂贸w.
Rozwi膮zaniem dla wielu aplikacji przemys艂owych sta艂a si臋 komunikacja dwuetapowa:

Etap 1 鈥 energooszcz臋dna, oparta na tanich podzespo艂ach komunikacja pomi臋dzy urz膮dzeniem a koncentratorem (Gateway na rys. 1). Niestety, przez lata nie dopracowano na tyle funkcjonalnego standardu, aby sta艂 si臋 dominuj膮cy. Dopiero ostatnio pojawi艂 si臋 Bluetooth Low Energy (BLE), w nowej wersji 4.2 spe艂niaj膮cy wymogi wielu aplikacji.

Etap 2 鈥 koncentrator, czy brama (Gateway)鈥 zbieraj膮cy dane z lokalnych urz膮dze艅 i przekazuj膮ce je do chmury.


Tablet lub smartfon cz臋sto spe艂niaj膮 rol臋 koncentratora, oraz interfejsu dla u偶ytkownika. Ka偶da z dost臋pnych w nich technologii ma jednak swoje wady:
猞 Bluetooth Low Energy (BLE) 鈥 oferuje ograniczon膮 szybko艣膰 wymiany danych
猞 Bluetooth Classic 鈥 przesy艂anie danych jest zablokowane przez niekt贸rych producent贸w, a w przypadku iOS k艂opotliwe (wymaga podpisania umowy z Apple)
猞 WiFi 鈥 dzia艂a ze wszystkimi telefonami, ale zu偶ywa du偶o energii
Dlatego, popularne staj膮 si臋 rozwi膮zania wielosystemowe, czego przyk艂adem mo偶e by膰 rodzina modu艂贸w ODIN-W2 firmy u-blox (rys.2).


Rys. 2 Modu艂 ODIN-W262, obs艂uga WiFi, BLE i Bluetooth Classic, wbudowana antena

ODIN-W2 umo偶liwia r贸wnoleg艂膮 prac臋 z WiFi, BLE i Bluetooth Classic, po艂膮czy si臋 wi臋c z tabletem czy smartfonem, niezale偶nie od preferowanego standardu. Mo偶e te偶 spe艂nia膰 rol臋 koncentratora, utrzymuj膮c po艂膮czenie z chmur膮 poprzez WiFi.


Bezpo艣redni dost臋p do chmury

Dwuetapowa realizacja dost臋pu do chmury jest k艂opotliwa, i wymuszona brakiem odpowiednich technologii dost臋pu bezpo艣redniego.
Typowe rozwi膮zania, zapewniaj膮ce bezpo艣redni膮 komunikacj臋 urz膮dzenia, to 2G/GPRS oraz 3G/UMTS. Koszt modu艂贸w wspieraj膮cych ten standard jest w wielu przypadkach akceptowalny, pozostaj膮 jednak znacz膮ce wady:
猞 wysokie zu偶ycie energii
猞 problemy z zasi臋giem sieci przy instalacji urz膮dzenia np. w piwnicy

Coraz szybsze technologie 鈥 jak LTE Cat 4 i LTE Cat. 6, te偶 nie s膮 optymalne w przypadku wielu zastosowa艅 IoT. Bardzo szybki transfer danych najcz臋艣ciej nie jest wymagany w aplikacjach przemys艂owych. W przeciwie艅stwie do niskiego poboru energii oraz niskich koszt贸w podzespo艂贸w, kt贸rych te standardy nie spe艂niaj膮.

Dodatkowo 鈥 krytycznym parametrem, zw艂aszcza ostatnio, jest zapewnienie dost臋pno艣ci do sieci. Inwestuj膮c w infrastruktur臋, trzeba bra膰 pod uwag臋 jak d艂ugo sieci 2G/GPRS b臋d膮 dost臋pne. Zw艂aszcza, 偶e operatorzy przestaj膮 finansowa膰 nie tylko ich rozw贸j, ale tak偶e utrzymanie, koncentruj膮c si膮 na technologii LTE.

Rozwa偶aj膮c nowe wdro偶enia stajemy przed do艣膰 dramatycznym wyborem:
猞 standard 2G/GPRS, z modu艂em za kilka Euro, kt贸ry prawdopodobnie za jaki艣 czas trzeba b臋dzie wymieni膰 na modu艂 LTE
albo
猞 standard 4G, z modu艂em LTE Cat.4, kt贸ry zapewnia dost臋pno艣膰 sieci przez d艂u偶szy czas, ale jest wielokrotnie dro偶szy od modu艂u 2G

Problem dostrzegli producenci podzespo艂贸w, kt贸rzy koncentruj膮 si臋 na obs艂udze rynku przemys艂owego, a ich inwestycje w nowe rodziny produkt贸w w艂a艣nie si臋 materializuj膮. R贸wnolegle do LTE coraz wy偶szych kategorii, powsta艂a druga ga艂膮藕 rozwoju - LTE ni偶szych kategorii, przedstawiona na rysunku 3.


Rys. 3 Strategia rozwoju technologii kom贸rkowej dla IoT wed艂ug firmy u-blox

S膮 to produkty spe艂niaj膮ce kluczowe dla IoT za艂o偶enia:
猞 pracuj膮 w standardzie LTE, gwarantuj膮c globalny i wieloletni dost臋p do sieci
猞 umo偶liwiaj膮 obs艂ug臋 du偶ej ilo艣ci urz膮dze艅 w jednej kom贸rce sieci
猞 koszt jest ni偶szy od produkt贸w LTE Cat.4

Ewolucj臋 standardu LTE dobrze wida膰 na przyk艂adzie portfolio firmy u-blox, znanej z produkcji modu艂贸w przeznaczonych na przemys艂owy rynek M2M, IoT czy je艣li kto艣 woli IoE.

SARA-G - 2G/GPRS, dla aplikacji kt贸re powstan膮 w najbli偶szym czasie i wymagaj膮 optymalizacji koszt贸w. Jednak standard 2G nie jest ju偶 dost臋pny w niekt贸rych rejonach 艣wiata.
SARA-U 鈥 3G/UMTS, oferuje globalny zasi臋g (najmniejszy, wielopasmowy modu艂 SARA-U201), przy zachowaniu optymalizacji koszt贸w.
LARA-R 鈥 LTE Cat. 1, pierwszy krok w celu zapewnienia wieloletniego dost臋pu do sieci. Standard jest dost臋pny od zaraz, cena jest ni偶sza od modu艂贸w LTE Cat.4, ale wci膮偶 znacz膮co wy偶sza od 2G/3G. Dla aplikacji w kt贸rych ju偶 teraz wymaga si臋 dost臋pu do sieci przez d艂ugie lata.
SARA-R 鈥 LTE Cat. M1, cenowo zbli偶one do modu艂贸w 2G/GPRS, ale pracuj膮ce w sieci LTE. Standard jeszcze niedost臋pny w sieciach kom贸rkowych, dlatego to rozwi膮zanie przysz艂o艣ciowe, ale wa偶ne w portfolio ju偶 dzisiaj.
Wszystkie modu艂y s膮 pinowo zgodne (rys.4), inwestuj膮c w nowy produkt mo偶na wi臋c stworzy膰 platform臋 obs艂uguj膮c膮 dzisiaj 2G/3G albo LTE Cat.1, a jutro LTE Cat. M1.


Rys. 4 Portfolio pinowo zgodnych modu艂贸w kom贸rkowych dla IoT

Opisane produkty nazwa艂em ewolucj膮 鈥 poniewa偶 s膮 rozwini臋ciem ju偶 dobrze znanego standardu LTE. Zapewniaj膮 wieloletni dost臋p do sieci, ale nie spe艂niaj膮 pozosta艂ych wymog贸w wspomnianych na wst臋pie 鈥 niskiego zu偶ycia energii, oraz pracy ze s艂abym sygna艂em np. w piwnicy. To wymaga rewolucji.

Narrow Band IoT (LTE Cat.NB1) - rewolucja czy kolejna moda ?

Narrow Band IoT, przez 3GPP nazwany LTE Cat.NB1, nie jest ewolucj膮 4G/LTE, to zupe艂nie nowy standard. Oferuje ekstremalnie niskie zu偶ycie energii (10 lat dzia艂ania na baterii), oraz prac臋 z sygna艂em o ok. 23dB s艂abszym ni偶 w przypadku 2G (np. praca w piwnicy ok. dwa poziomy ni偶ej ni偶 modu艂 2G) . Dodatkowo, dzia艂a w licencjonowanym pa艣mie, zapewniaj膮c nie tylko globalny zasi臋g w sieciach LTE, ale gwarantowan膮 jako艣膰 sygna艂u. W wielu przypadkach pozwoli zast膮pi膰 rozwi膮zania, kt贸re powstawa艂y z powodu braku takiej technologii, a wymagaj膮 budowy lokalnych sieci, jak LoRa czy SigFox.


Rys. 5 Kluczowe cechy standardu Narrow Band IoT

NBIoT to nie tylko kolejne has艂o, to prawdziwa rewolucja, to technologia otwieraj膮ca bezpo艣redni dost臋p do internetu masowym aplikacjom przemys艂owym. Parametry modu艂贸w LTE Cat.NB1 umo偶liwiaj膮 ich wbudowanie bezpo艣rednio w urz膮dzenia ko艅cowe, zamiast komunikacji dwuetapowej i rezygnacj臋 z koncentrator贸w.
LTE Cat.NB1 nie ma zast膮pi膰 dotychczasowych technologii. Wiele aplikacji wymaga funkcjonalno艣ci niedost臋pnych w tym standardzie (jak komunikacja g艂osowa, czy kr贸tki czas przes艂ania danych przez sie膰), oferowanych w 2G/3G, albo LTE Cat.1 i LTE Cat. M1. Ale to rewolucja, kt贸ra zoptymalizuje niekt贸re aplikacje ju偶 istniej膮ce 鈥 jak liczniki zu偶ycia wody, gazu, energii 鈥 oraz otworzy nowe mo偶liwo艣ci i zastosowania. Dlatego wa偶na jest dost臋pno艣膰 modu艂贸w w obudowach stosowanych w pozosta艂ych standardach. SARA-N na rysunku 4 to w艂a艣nie pierwsze modu艂y obs艂uguj膮ce standard LTE Cat.NB1.

Co wa偶ne, nie rozwa偶amy czysto teoretycznej implementacji LTE NB1. Wspomniana firma u-blox ju偶 w roku 2015 przeprowadzi艂a z sukcesem pierwsze, testowe instalacje NBIoT. Zdj臋cie 1 przedstawia przyk艂ad licznika zu偶ycia wody, ze zdalnym odczytem, instalowanego wewn膮trz budynk贸w.


Zdj臋cie 1 Licznik zu偶ycia wody z modu艂em NBIoT firmy u-blox, instalacja z 2015r.
Aktualnie wyprodukowano kolejn膮 seri臋 prototypowych modu艂贸w SARA-N (rys.6), kt贸r膮 udost臋pniono operatorom sieci kom贸rkowych. Produkcja seryjna przewidziana jest ju偶 na pocz膮tek roku 2017.


Rys. 6 SARA-N - modu艂y LTE Cat.NB1 firmy u-blox

Co warto podkre艣li膰, operatorzy zdaj膮 sobie spraw臋 jak du偶y, nowy rynek otwiera ta technologia. Dostosowanie sieci do obs艂ugi LTE Cat.NB1 nie jest ani skomplikowane, ani kosztowne, dlatego deklaruj膮 szybkie wprowadzenie nowego standardu do sieci kom贸rkowych.

Wydaje si臋, 偶e po latach g艂oszenia hase艂 o rozwoju M2M czy IoT, ten rozw贸j w艂a艣nie teraz przyspieszy艂. NBIoT to prze艂om, kt贸ry otwiera wiele mo偶liwo艣ci, zmieni te偶 znacz膮co 艣wiat komunikacji IoT.
漏 Robert Panufnik
Microdis Electronis Sp. z o.o.
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
January 11 2019 20:28 V11.10.27-1