Untersuchung des zellularen IoT:Kosten, Batterie und Daten

Hinter dem Internet der Dinge (IoT) stehen viele verschiedene drahtlose Machine-to-Machine (M2M)-Technologien. Eine dieser Technologien ist das Mobilfunknetz. 1979 schuf Nippon (ein japanisches Unternehmen) das erste kommerzielle automatisierte Mobilfunknetz. In den 36 Jahren seitdem haben sich Mobilfunknetze von einfacher drahtloser Sprachkommunikation zu komplexen Breitbandfunktionen entwickelt.

Heutzutage sind Mobilfunknetze hauptsächlich für mobile Geräte konzipiert und daher auf Sprach- und Videoanrufe und andere Anwendungen mit hoher Datenrate zugeschnitten. Sie wurden für diese Breitbandnutzungsmuster optimiert. Aufgrund der weit verbreiteten Abdeckung wenden sich IoT-Entwickler dem Mobilfunk zu, um ihre Apps zu unterstützen. Aber ist das eine gute Idee? Ist Mobilfunk für die meisten M2M-verbundenen Geräte geeignet? Gibt es eine bessere Alternative? Wir werden diese Fragen (und mehr) in diesem Artikel untersuchen.

Elemente des zellularen IoT

Infrastruktur

Der vielleicht am häufigsten genannte Vorteil der Nutzung des zellularen IoT ist die allgegenwärtige Abdeckung. Mobilfunkmasten sind bereits überall aufgestellt, und die großen Netze decken etwa 99 % der US-Bevölkerung ab. Wenn Sie also Ihr Sensornetzwerk im Handumdrehen bereitstellen möchten, stehen Mobilfunknetze jederzeit zur Verfügung.

Low-Power-Wide-Area-(LPWA)-Netzwerke, die für IoT-Anwendungen mit niedriger Datenrate entwickelt wurden, müssen installiert und bereitgestellt werden, um betriebsbereit zu sein. Aber die Überlegung, die viele Ingenieure und IoT-Entwickler vergessen, ist, dass diese Netzwerke normalerweise nicht mehr als ein paar Quadratmeilen Entfernung abdecken müssen. Wenn Sie ein Netzwerk benötigen, um ein Bürogebäude, einen Schulcampus oder eine Farm abzudecken, können Sie dies mit einem LPWA-Netzwerk mit nur wenigen Gateways effektiv tun. Wenn Sie also bereit sind, Ihre eigenen Gateways zu installieren oder auf die Installation eines öffentlichen LPWA-Netzwerks zu warten, wird der breite geografische Vorteil des zellularen IoT weniger entscheidend.

Akkulaufzeit

Mobilfunknetze wurden im IoT-Bereich stark eingesetzt, als 2G-Netze geschaffen wurden. Der Grund, warum Anwendungsentwickler und Netzbetreiber 2G mochten, war dieStore-and-Forward-Architektur . Die Radios konnten aufwachen, ihre Daten senden, für sie bestimmte empfangen und wieder einschlafen. Dadurch wurde viel Akkulaufzeit gespart, da das Radio nicht ständig auf Nachrichten warten musste.

Bei der Entwicklung von 3G und 4G wurde die Store-and-Forward-Architektur entfernt und durch einen always-on-Ansatz ersetzt. Das bedeutet, dass das Radio immer auf eine Nachricht wartet, die dem Gerät mitteilt, wenn es eine neue Information erhält. Aufgrund dieser nahezu konstanten Kommunikation mit dem Netzwerk leidet die Akkulaufzeit.

Bei einem LPWA-Netzwerk gehen Sensoren in den Ruhezustand und wachen auf, wenn sie Datenpakete senden müssen. Da das Radio die meiste Zeit schläft, halten die Batterien zwischen 5 und 10 Jahren (je nach Technologie). Mobilfunkanbieter haben erkannt, dass die Akkulaufzeit im IoT-Bereich ein Problem darstellt, und sie wissen, dass Mobilfunk für sehr kleine Datenmengen nicht ausreicht. Als Reaktion auf diese Bedenken haben sie ein neues Protokoll namens LTE-M vorgeschlagen. In einer interessanten Wendung ist es tatsächlich so konzipiert, dass es einige der Elemente der 2G-Mobilfunkübertragung wie Speichern und Weiterleiten zurückbringt.

Es ist wichtig zu beachten, dass selbst wenn diese Fähigkeiten zurückkehren, zellular verbundene M2M-Geräte immer noch viel mehr Leistung und Energie benötigen als LPWA-Netzwerke. Der 4G-LTE-Nur-Datenstrombedarf ist zehnmal höher für die Übertragung (~120mA vs. Dies ist eine Herausforderung, der sich Mobilfunkanbieter stellen müssen.

LTE-M soll Ende nächsten Jahres vorgeschlagen werden, dann muss es ratifiziert und verabschiedet werden. Wir werden wahrscheinlich die ersten Iterationen für LTE-M Ende 2017 oder 2018 sehen. Wenn Sie also jetzt (oder in den nächsten drei oder so Jahren) eine Lösung benötigen, die batterieeffizienter ist, sollten Sie sich wahrscheinlich mit Low Power, Wide . befassen -Bereichsnetze.

Datenübertragung

Wenn es um die neuesten Mobilfunkversionen – 4G und LTE – geht, gibt es 44 Bänder, auf denen Betreiber senden können. Wenn also ein Gerät versucht, eine Verbindung herzustellen, gibt es viel potenzielle Bandbreite.

Aber denken Sie daran, LTE-Netzwerke sind für Breitband ausgelegt Kommunikationen. Sie sind für qualitativ hochwertige Sprache und Daten optimiert, einschließlich Videofunktionen, wie zum Beispiel Netflix schauen oder FaceTime-Anrufe tätigen. Wir beschreiben dies gerne als eine riesige 8-spurige Autobahn, die vollständig mit Muldenkippern gefüllt ist, die darauf ausgelegt sind, sich in Big Data zu bewegen. Was passiert also, wenn keine großen Datenmengen verschoben werden müssen, sondern nur kleine Datenpakete gesendet werden müssen? Nun, anstatt dass diese Muldenkipper bis zum Rand gefüllt sind, haben sie nur eine Schaufel voller Daten. Dies wäre eindeutig ein sehr ineffizientes Verkehrskonzept.

Denken Sie daran, dass viele M2M-Anwendungen weniger als ein paar hundert Bytes senden jeden Tag. Eine Alarmzentrale sendet beispielsweise nur 40 Byte pro Tag. Selbst wenn Sie davon ausgehen, dass ein Gerät 30 Byte pro Stunde sendet, sind das nur 22 Kilobyte pro Monat. Dies ist erheblich weniger als die Datentarife von Mobilfunkunternehmen, die für Gigabyte an Daten ausgelegt sind.

Also, unserer Analogie folgend, was Sie wirklich Der Bedarf an sensorbasierten Netzwerken und vielen der neuen IoT-Anwendungen ist keine 8-spurige Autobahn mit massiven Datenmengen – Sie brauchen nur einen Radweg! Genau das bieten LPWA-Netzwerke:eine effiziente Möglichkeit, kleine Datenmengen zu bewegen. Denken Sie daran, wenn Sie an das Internet der Dinge als Ganzes denken, sprechen Sie nicht von ein paar Hundert Funkgeräten mit Sensoren, sondern von Zehn Milliarden von Geräten. Und wenn all diese Geräte morgen in einem LTE-Netzwerk mit TCP/IP auftauchen würden, würde es das Netzwerk vollständig zerstören.

Kosten des zellularen IoT

Modulkosten

Ein in sehr hoher Stückzahl gekauftes LTE-Modul kostet zwischen 25 und 30 US-Dollar. Ein in sehr großen Stückzahlen gekauftes LPWA-Modul kostet etwa 10 US-Dollar. Mit zunehmender Reife der LPWA-Netzwerke – innerhalb der nächsten drei Jahre – sollte der Preis pro Modul zwischen 5 und 10 US-Dollar sinken. Dieser Unterschied von 10 $ kann viel sein Geld, wenn es mit den Tausenden (oder Millionen) von Modulen multipliziert wird, die möglicherweise erforderlich sind.

Wiederkehrende Gebühren

Die heute (meist in Europa) eingesetzten LPWA-Netze kosten im Bereich von einigen Dollar pro Jahr. Vergleichen Sie das mit den heutigen Mobilfunkgebühren – im Bereich von einigen Dollar pro Monat – und Sie werden einen großen Unterschied feststellen, wenn Sie diese Zahlen mit den Millionen von eingesetzten Geräten multiplizieren. Denken Sie daran:Wenn Sie Ihre eigene Infrastruktur bereitstellen, wie es viele Unternehmen für ihre LPWA-Anwendungen tun, fallen keine monatlichen wiederkehrenden Kosten an.

Sonstige Gebühren

Bei einigen Mobilfunksystemen ist außerdem zu beachten, dass andere Kosten anfallen, z. B. SIM-Gebühren, Gebühren für die Aktivierung und Deaktivierung und mehr. Diese Arten von Änderungen können sich häufen, wenn die Benutzer nicht aufpassen. Darüber hinaus berechnen einige Netzwerke den Benutzern unabhängig davon, ob sie Daten übertragen oder nicht. LPWA-Netzwerke können dasselbe tun, aber die Kosten sind so viel niedriger, dass es sich möglicherweise um eine geringe Gebühr handelt.

Welche Art von Netzwerk ist am besten?

Am Ende müssen Sie bestimmen, was freundlich der von Ihnen gesendeten Daten und wie viel Daten, die Sie senden, damit Sie das richtige Werkzeug für den Job auswählen können. Wenn Ihre Anwendungen wie oben beschrieben einen Muldenkipper mit Daten verwenden, kann das mobile IoT die Richtung sein, in die Sie gehen möchten. Aber wenn Sie nur kleine Datenmengen verwenden – eine Schaufel voll in besagtem Muldenkipper – sollten Sie besser den Radweg nehmen und ein LPWA-Netzwerk verwenden.

Es ist auch wichtig zu beachten, dass Mobilfunk und LPWA nicht die einzigen verfügbaren Arten von M2M-Netzwerken sind. Tatsächlich haben wir ein Whitepaper über die sieben beliebtesten M2M-Netzwerke verfasst und empfehlen Ihnen, einen Blick darauf zu werfen, um besser zu verstehen, welche Netzwerkoption am besten zu Ihrem Unternehmen passt.