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 расшифровывается как Narrow Band-Internet of Things, а NB-IoT - это технология в категории "Интернет вещей". Это технология LPWA, разработанная компанией Huawei и ставшая стандартом 3GPP. NB-IoT основана на существующей технологии сотовых сетей и может быстро поддержать потребности рынка путем модернизации существующей сети, став четвертым режимом в сети GUL. В то же время NB-IoT обладает четырьмя основными возможностями: широкое покрытие (может покрывать подземные участки), длительное время автономной работы (более десяти лет), низкая стоимость (менее US$5 за модуль) и большая емкость (одна ячейка может поддерживать 100 000 соединений). .
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 ориентирована на рынок Интернета вещей (IOT) с низким энергопотреблением и широким покрытием (LPWA) и является развивающейся технологией, которая может широко использоваться по всему миру. Она обладает такими характеристиками, как широкое покрытие, множество соединений, низкая скорость, низкая стоимость, низкое энергопотребление и отличная архитектура. NB-IoT использует лицензионные частотные диапазоны и может быть развернута тремя способами: в полосе частот, в защитной полосе или в независимой несущей, сосуществуя с существующими сетями.
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
Во-первых, вопросы совместимости и согласованности. В 2015 году основные участники NB-IoT, включая Vodafone, Ericsson, Telefonica и GSMA, начали простые испытания по сертификации совместимости и соответствия для устройств NB-IoT. Vodafone также создала специальную лабораторию NB-IoT в Ньюбери, Великобритания, и продолжит открывать дальнейшие лабораторные исследования в Дюссельдорфе, Германия, во второй половине 2016 года.
Во-вторых, развертывание и долгосрочная поддержка. Самые большие проблемы с развертыванием NB-IoT - это время и стоимость. По оценкам Vodafone, 85% корпоративных базовых станций могут поддерживать NB-IoT и нуждаются только в обновлении программного обеспечения. Однако операторам сетей с устаревшими базовыми станциями необходимо обновить аппаратное обеспечение. . Это приведет к увеличению затрат и времени на строительство сети NB-IoT. Еще одна проблема - глобальный M2M-роуминг. Теоретически операторы должны поддерживать три стандарта: CAT-M, EC-GSM, NB-IoT и GPRS. Кроме того, конечные устройства требуют OTA-обновления для обеспечения безопасности и других усовершенствований.
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. .
В-четвертых, конкуренция с технологией LPWAN (Low Power Wide Area Internet of Things). LoRa и Sigfox зарекомендовали себя как важные технологии развития. Среди них Sigfox уже используется в 24 странах, а LoRa продолжает применяться при создании частных и общественных сетей в некоторых странах. Поскольку NB-IoT не будет широкомасштабно внедряться в ближайшем будущем, у других технологических конкурентов еще есть возможность определить свое позиционирование на рынке.
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.
В-пятых, определите правильную стратегию выхода на рынок. Для приложений LPWAN характерна отправка небольших объемов данных через нерегулярные промежутки времени. Потенциальным пользователям может потребоваться больше услуг с низкой стоимостью. В этом случае операторам NB-IoT необходимо разработать соответствующие стратегии, чтобы справиться с таким рыночным спросом. Основные стратегии включают: установление баланса между рынком и брендом; расширение доли рынка, не ограничиваясь традиционным бизнесом M2M; избежание ценовых войн на рынке low-end, сосредоточение на приложениях, которые могут контролировать ценовые надбавки; изучение новых бизнес-моделей для создания стоимости, укрепление вертикального отраслевого сотрудничества.
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 развертывается на базе сотовых сетей и поддерживает пиковые скорости восходящего и нисходящего каналов до 1 Мбит/с, что является средней скоростью для Интернета вещей. Его пользовательское оборудование может напрямую обращаться к существующей сети LTE благодаря поддержке радиочастоты 1,4 МГц и полосы пропускания базовой полосы. По мере развития LTE новейшие технологии eMTC и NBIoT позволили оптимизировать стоимость системы, увеличить время автономной работы и расширить зону покрытия. Наиболее важной функцией eMTC является поддержка мобильности и позиционирования. Стоимость составляет всего 25% от стоимости чипа Cat1, а скорость передачи данных в четыре раза выше, чем у 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.
В настоящее время LoRa в основном работает в свободных частотных диапазонах по всему миру, включая 433, 868, 915 МГц и т. д. Технология LoRa обладает такими характеристиками, как большая дальность связи, низкое энергопотребление (длительное время автономной работы), многоузловость и низкая стоимость. Сеть LoRa состоит в основном из четырех частей: терминала (может иметь встроенный 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.
Окупаемость инвестиций высока и экономически оправдана: Если рассматривать только инвестиции в базовые станции, то коэффициент окупаемости LoRa составляет, исходя из средней стоимости базовой станции в 5 000 юаней, 6,25 месяца (полгода), чтобы окупить инвестиции в базовую станцию. Норма прибыли NB-IoT: с учетом модернизации и строительства новых базовых станций, при средней стоимости 150 000 юаней за станцию, для возмещения инвестиций в базовые станции потребуется 187,5 месяцев (15,6 лет).
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.
