Интернет вещей - это сочетание всех современных коммуникационных технологий с компьютерами и Интернетом. Интернет вещей в основном реализует взаимосвязь и коммуникацию между вещами, между людьми и вещами, между животными и вещами, а также обмен информацией о состоянии окружающей среды и информацией в режиме реального времени, а также интеллектуальными данными. Сбор, обработка, передача и исполнение информационных технологий, то есть все, что связано с применением информационных технологий, может быть включено в сферу действия Интернета вещей. В процессе популяризации Интернета вещей беспроводные технологии будут играть все более важную роль. В этой статье сравниваются три распространенные технологии беспроводной связи LPWAN (NB-IoT/eMTC/ LoRa ), чтобы изучить соответствующие беспроводные технологии в рамках общей тенденции развития Интернета вещей. характеристики и сценарии применения.
1. NB-IoT
NB-IoT stands for Narrow Band-Internet of Things, and NB-IoT is a technology in the category of Internet of Things. It is an LPWA technology led by Huawei and has become a 3GPP standard. NB-IoT is based on existing cellular network technology and can quickly support industry market demands by upgrading the existing network, becoming the fourth mode on the GUL network. At the same time, NB-IoT also has four major capabilities: wide coverage (can cover underground), long battery life (more than ten years), low cost (less than US$5 per module), and large capacity (a single cell can support 100,000 connections). .
Технические преимущества
NB-IoT обладает четырьмя основными характеристиками: во-первых, широкое покрытие, которое обеспечит улучшенное покрытие внутри помещений. В одном и том же частотном диапазоне NB-IoT имеет выигрыш в 20 дБ по сравнению с существующей сетью, что эквивалентно увеличению зоны покрытия в 100 раз;
Во-вторых, она способна поддерживать массовые подключения. Один сектор NB-IoT может поддерживать 100 000 соединений, обеспечивая низкую чувствительность к задержкам, сверхнизкую стоимость оборудования, низкое энергопотребление оборудования и оптимизированную архитектуру сети;
Третье - низкое энергопотребление. Время работы терминального модуля NB-IoT в режиме ожидания может достигать 10 лет;
Четвертое - более низкая стоимость модуля. Предприятия ожидают, что стоимость одного подключенного модуля не превысит 5 долларов США.
NB-IoT focuses on the Low Power Wide Coverage (LPWA) Internet of Things (IOT) market and is an emerging technology that can be widely used around the world. It has the characteristics of wide coverage, multiple connections, low speed, low cost, low power consumption, and excellent architecture. NB-IoT uses License frequency bands and can be deployed in three ways: in-band, guard band or independent carrier, coexisting with existing networks.
Сценарии применения
NB-IoT чаще всего используется в трех типичных сценариях применения: умные счетчики воды, умная парковка и умное отслеживание домашних животных. В более поздних планах NB-IoT - умные велосипеды, умные датчики дыма, умные мусорные баки, умные дороги, умные торговые автоматы и т. д.
Столкнувшиеся с трудностями
First, interoperability and consistency issues. In 2015, major members of NB-IoT, including Vodafone, Ericsson, Telefonica and GSMA, launched simple interoperability and conformance certification trials for NB-IoT devices. Vodafone has also established a dedicated NB-IoT laboratory in Newbury, UK, and will continue to open further laboratory research in Dusseldorf, Germany in the second half of 2016.
Second, deployment and long-term support. The biggest problems with NB-IoT deployment are time and cost. According to Vodafone’s estimates, 85% of enterprise base stations can support NB-IoT and only need to upgrade the software. However, network operators with outdated base stations need to upgrade the hardware. . This will lead to increased costs and time consumption of NB-IoT network construction. Another issue is global M2M roaming. In theory, operators need to support three standards: CAT-M, EC-GSM, NB-IoT, and GPRS. Additionally, endpoints require OTA upgrades to provide security and other upgrades.
В-третьих, приложения и бизнес-модели. Чтобы создать приложения и бизнес-модели NB-IoT, индустрии мобильной связи необходимо как можно скорее сформировать партнерскую экосистему. Например: Deutsche Telekom создала центры прототипов NB-IoT в Берлине и Кракове, Польша. Эти центры входят в состав инкубаторов, чтобы обеспечить разработчикам среду быстрого обучения, стимулировать создание новых бизнес-моделей и сократить время вывода продукта на рынок. .
Fourth, competition with LPWAN (Low Power Wide Area Internet of Things) technology. LoRa and Sigfox have proven to be important development technologies. Among them, Sigfox has been put into use in 24 countries, and LoRa continues to be used in the construction of private networks and community networks in some countries. Since NB-IoT will not be deployed on a large scale in the near future, other technology competitors still have the opportunity to determine their market positioning.
В настоящее время популярность NB-IoT на рынке разных стран неодинакова. Во многих странах потенциальные операторы могут столкнуться с сильной конкуренцией со стороны немобильных сетей LPWAN. Например, в Нидерландах компания KPN создала национальную сеть LoRa, и в этом случае вероятность внедрения NB-IoT может быть меньше.
Fifth, determine the right market entry strategy. LPWAN applications have the characteristic of sending small data payloads at irregular intervals. Potential users may require more low-value services. In this case, NB-IoT operators need to develop corresponding strategies to cope with such market demand. The main strategies include: establishing a balance between the market and the brand; expanding market share, not limited to traditional M2M business; avoiding cost price wars in the low-end market, focusing on applications that can control price premiums; exploring new business models to create value, Strengthen vertical industry cooperation.
В-шестых, разработка тарифных планов, в основном планов передачи данных IoT. В настоящее время операторы все еще пытаются. Например: Korea Telecom недавно запустила общенациональную сеть LoRa и запустила 6 тарифных планов, каждый из которых соответствует приложениям для передачи данных, использующим различные частотные диапазоны. Модель ценообразования следующая: Стоимость тарифного плана LoRa составляет лишь одну десятую от стоимости IoT-услуг на базе LTE. В странах, где развиты LoRa или Sigfox, тарифы NB-IoT должны оставаться в разумном конкурентном диапазоне. В Великобритании, поскольку там нет национальной сети LPWAN, у операторов NB-IoT будет больше возможностей для маневра при разработке структуры ценообразования.
Кроме того, такие проблемы, как низкая скорость передачи данных, конфиденциальность и безопасность, а также время перестройки ИТ-системы, будут сдерживать ее развитие.
2. eMTC
LTE-M, или LTE-Machine-to-Machine, - это технология IoT, основанная на эволюции LTE. В R12 она называется Low-Cost MTC, а в R13 - LTE enhanced MTC, или eMTC. Она разработана на базе существующего оператора LTE и отвечает потребностям устройств IoT.
eMTC is deployed based on cellular networks and supports uplink and downlink peak rates of up to 1Mbps, which is a medium rate for the Internet of Things. Its user equipment can directly access the existing LTE network by supporting 1.4MHz radio frequency and baseband bandwidth. As LTE continues to evolve, the latest eMTC and NBIoT have further optimized system costs, enhanced battery life, and expanded coverage. The most critical capability of eMTC is to support mobility and positioning. The cost is only 25% of the Cat1 chip, and the rate is four times higher than that of GPRS.
Технические преимущества
Несколько наиболее важных особенностей узкополосного LTE. Во-первых, сложность системы значительно снижена, а сложность и стоимость значительно оптимизированы.
Во-вторых, чрезвычайно снижено энергопотребление и значительно увеличено время автономной работы.
В-третьих, значительно расширены возможности покрытия сети.
В-четвертых, повышается плотность покрытия сети.
eMTC обладает четырьмя основными возможностями LPWA: во-первых, широкое покрытие. В том же частотном диапазоне eMTC имеет выигрыш в 15 дБ по сравнению с существующей сетью, что значительно улучшает возможности глубокого покрытия сети LTE; во-вторых, он способен поддерживать массовые подключения. Один сектор может поддерживать около 100 000 подключений; в-третьих, более низкое энергопотребление, время работы терминального модуля eMTC в режиме ожидания может достигать 10 лет; в-четвертых, более низкая стоимость модуля, масштабные подключения приведут к быстрому снижению стоимости чипов модуля, и целевая стоимость чипов eMTC составляет около US$1 - US$2.
Сценарии применения
При использовании в интеллектуальной логистике он обладает такими преимуществами, как защита от кражи, защита от обмена, определение температуры в реальном времени и возможность позиционирования. Он может контролировать и определять местоположение в реальном времени, записывать и загружать информацию, запрашивать данные о поездках; в интеллектуальных носимых устройствах он может поддерживать мониторинг здоровья. В "умных" носимых устройствах он может поддерживать мониторинг здоровья, видеосервисы, передачу данных и позиционирование; опираясь на интерактивный экран текущей сотовой сети, он обеспечивает сценарии применения, включая "умные" зарядные кучи, сумки для ожидания, охранников лифта, "умные" знаки автобусных остановок, управление общественными велосипедами и т. д.
Столкнувшиеся с трудностями
Анализ применимости бизнес-характеристик eMTC к бизнесу VoLTE
Характерное различие между eMTC и NB-IoT заключается в том, что рабочая полоса пропускания терминалов eMTC может достигать 1,08 МГц, что гораздо выше, чем 200 кГц у терминалов NB-IoT. Поэтому пиковая скорость терминалов eMTC намного выше, чем у терминалов NB-IoT. Исходя из вышеперечисленных характеристик, в отрасли принято считать, что технология eMTC может обеспечить относительно дешевые терминальные решения VoLTE и более высокое качество обслуживания. Однако при детальном техническом анализе фактический эффект от использования технологии eMTC для поддержки голосовых услуг или предоставления голосовых решений может оказаться труднодостижимым. оптимизм.
Особенности низкого энергопотребления
Чтобы иметь возможность предоставлять услуги IoT в среде с ограниченным энергоснабжением, как NB-IoT, eMTC также ставит перед собой цель разработать систему с низким энергопотреблением. Ожидается, что он будет основан на батарее меньшей емкости, будет поддерживать терминал без обслуживания в течение 10 лет и будет совместим с NB-IoT. -IoT также использует две энергосберегающие технологии - eDRX (расширенный прерывистый прием) и PSM (режим энергосбережения). Для типичных низкочастотных IoT-сервисов, таких как автоматическое считывание показаний счетчиков, поскольку частота обслуживания очень низкая, использование этих двух технологий позволяет заставить терминал спать в течение длительного времени и работать только при необходимости передачи данных, что позволяет значительно экономить электроэнергию. Но этот хороший эффект энергосбережения эффективен только для низкочастотных сервисов. Для услуг VoLTE терминалы должны часто отслеживать сетевые пейджинги и своевременно реагировать на поступающие вызовы, поэтому механизм энергосбережения eDRX и PSM не может быть использован. .
большие возможности подключения
Требования Интернета всего требуют, чтобы технология IoT обслуживала большое количество терминалов. Для этого 3GPP разработал два решения по оптимизации технологии воздушного интерфейса: CP (Control Plane) optimization и UP (User Plane) optimization. Для услуг IoT, передаваемых в небольших пакетах, это позволяет сэкономить большое количество сигналов воздушного интерфейса, что повышает эффективность передачи. Однако для голосовых услуг VoLTE решения по оптимизации CP и UP не могут быть использованы для увеличения пропускной способности, поэтому eMTC не имеет возможности увеличить пропускную способность для VoLTE.
Широкие возможности охвата
Учитывая, что некоторые IoT-терминалы часто расположены глубоко внутри зданий, например счетчики воды, где сигнал часто бывает очень слабым, eMTC разработала технологию повторения для увеличения зоны покрытия. Благодаря повторению беспроводных сигналов восходящей и нисходящей линии связи она может принимать сигнал, накапливая энергию сигнала, тем самым увеличивая зону покрытия. Однако именно из-за повторения беспроводных сигналов средняя скорость обслуживания снижается. Другими словами, технология расширения зоны покрытия работает за счет снижения скорости обслуживания. Поэтому для таких услуг, как VoLTE, требующих определенной гарантии скорости, технология eMTC "Улучшение покрытия" не дает никаких преимуществ.
Недорогое решение для терминалов eMTC
Недорогое решение для терминалов (чипов) eMTC включает в себя: меньшую рабочую полосу пропускания. Рабочая полоса пропускания терминалов eMTC составляет 1,08 МГц. Хотя эта рабочая полоса выше, чем у NB-IoT, она гораздо ниже, чем у обычных LTE-терминалов. Это позволяет снизить цены на устройства и требования к вычислительной мощности чипа, тем самым снижая общую цену; более низкая пиковая скорость, по сравнению с LTE, снижает требования к вычислительной мощности чипа и буферу, тем самым снижая цены на чип; единая приемная антенна терминала, снижает стоимость радиочастотных компонентов; полудуплексное решение позволяет сэкономить дуплексер терминала радиочастот, тем самым снижая стоимость терминала.
3. LoRa
LoRa - одна из технологий связи LPWAN. Это решение для беспроводной передачи данных на сверхдальние расстояния, основанное на технологии распределенного спектра, принятое и продвигаемое американской компанией Semtech. Это решение меняет прежний компромисс между расстоянием передачи и энергопотреблением, предоставляя пользователям простую систему, которая может достигать большого расстояния, длительного времени автономной работы и большой емкости, тем самым расширяя сенсорную сеть.
Currently, LoRa mainly operates in free frequency bands around the world, including 433, 868, 915 MHz, etc. LoRa technology has the characteristics of long distance, low power consumption (long battery life), multi-node, and low cost. The LoRa network is mainly composed of four parts: terminal (can have built-in Модуль LoRa ), шлюз (или базовая станция), сервер и облако. Данные приложения могут передаваться в обоих направлениях.
Технические преимущества
Развертывание по требованию: LoRa может планировать и развертывать сеть в соответствии с потребностями приложений и размещать базовые станции/шлюзы в зависимости от условий на объекте, что облегчает достижение бесшовного покрытия. Улучшение качества покрытия также позволяет снизить энергопотребление и увеличить пропускную способность системы, как для частных лиц, так и для предприятий. Кроме того, организации могут развернуть эту сеть и удовлетворить потребности в безопасности, а также сохранить конфиденциальность данных.
Легкий вес: По сравнению с другими протоколами технологии LPWAN, LoRa отличается меньшей сложностью системы, простой аппаратной реализацией и меньшими требованиями к ресурсам. Легкий протокол LoRaWAN имеет простую программную реализацию, простое развертывание и внедрение.
Низкая стоимость: Модули LoRaWAN находятся в массовом производстве, а их цена уже ниже 5 долларов США и постепенно приближается к цене модулей 2G. Стоимость наружных базовых станций составляет около USD500, а внутренних - USD100. С точки зрения зарубежных операторов, ежемесячная арендная плата LoRa может достичь ежемесячной арендной платы eMTC. 1/5~1/10 или даже ниже.
Сравнение между NB-IoT и LoRa
Эффективно справляйтесь с низким ARPU: Показатель APRU одного соединения очень низок, и при больших инвестициях придется столкнуться с проблемой низкой доходности. Высокое качество, легкий вес и низкая стоимость - вот эффективные способы решения этой проблемы.
Открытая экология, развитая промышленная цепочка: узлы, шлюзы и облачные серверы полностью открыты, доступно оборудование различных размеров, сеть может управляться самостоятельно, доступны различные модели бизнеса и эксплуатации.
The return on investment is high and economically feasible: If only the investment in base stations is considered, LoRa’s return rate is, based on an average base station cost of RMB5,000, it takes 6.25 months (half a year) to recover the investment in the base station. The rate of return of NB-IoT is, taking into account base station upgrades and new construction, assuming an average of 150,000 yuan/station, it will take 187.5 months (15.6 years) to recover the base station investment.
Сценарии применения
Технология LoRa очень хорошо подходит для IoT-приложений, требующих низкого энергопотребления, большого расстояния, большого количества соединений и отслеживания местоположения, таких как интеллектуальные счетчики, интеллектуальные парковки, отслеживание транспортных средств, отслеживание домашних животных, интеллектуальное сельское хозяйство, интеллектуальная промышленность, интеллектуальные города, интеллектуальные сообщества и т.д. и другие приложения и области.
Столкнувшиеся с трудностями
Покрытие сети на уровне города: LoRa не требует затрат от оператора и по своей природе слаба в развертывании сети.
Спектральные ресурсы: LoRa использует свободные полосы частот, что может привести к проблемам с помехами. Хотя сама технология LoRa обладает мощными средствами защиты от помех, а в самом протоколе LoRaWAN предусмотрены меры по предотвращению помех, полностью избежать физических помех сложно.
Меры противодействия: Устранение фрагментации, создание единой глобальной сети, совместное построение сетей и совместное использование ресурсов. В то же время она должна иметь меньший вес и низкую стоимость. Стоимость модуля LoRaWAN должна соответствовать стоимости модуля 2G или даже приблизиться к стоимости модуля WiFi.
В процессе разработки и коммерциализации технологии Интернета вещей в нашей стране всегда не хватало владения некоторыми ключевыми технологиями, поэтому качество продукции не удавалось улучшить, а цену - снизить. Отсутствие прав независимой собственности на ключевые технологии, такие как RFID, является одним из ключевых факторов, сдерживающих развитие китайского Интернета вещей. По сравнению с Соединенными Штатами, в Китае все еще существует значительный разрыв в полноте отраслевой цепочки IoT. Несмотря на то, что три крупных отечественных оператора и поставщики системного оборудования, такие как ZTE и Huawei, уже достигли мирового уровня, других звеньев относительно не хватает. Индустриализация Интернета вещей неизбежно потребует всестороннего сотрудничества вышестоящих и нижестоящих производителей, таких как производители чипов, сенсорного оборудования, системных решений, мобильных операторов и т. д. Поэтому для развития Интернета вещей в нашей стране еще многое предстоит сделать в плане институтов, например, укрепить сотрудничество с отраслевыми ведомствами, такими как радио и телевидение, телекоммуникации и транспорт, чтобы совместно содействовать созданию информатизации и интеллектуальных транспортных систем.
Области применения Интернета вещей очень широки, и многие отрасли промышленности имеют большое пересечение. Однако эти отрасли относятся к разным государственным функциональным департаментам. Для развития информационных приложений на основе сенсорных технологий, таких как Интернет вещей, в процессе индустриализации необходимо усилить координацию и взаимодействие компетентных ведомств различных отраслей, сотрудничать с открытым сердцем, разрушить барьеры между отраслями, регионами и ведомствами, способствовать совместному использованию ресурсов, усилить оптимизацию и реформирование системы, чтобы эффективно обеспечить плавное развитие индустрии Интернета вещей.
Для технологий связи IoT каждая технология имеет свои особенности и преимущества, чтобы соответствовать различным требованиям и рынкам. Несколько технологий LPWAN будут процветать и сосуществовать.
