IoT und LPWA:Perfekte Partner in einer vernetzten Welt

Vor zwanzig Jahren wurde ich von einer Automatenfirma angesprochen, die die Temperatur ihrer Automatenfächer aus der Ferne auf das nächste Zehntelgrad genau überwachen und aufzeichnen wollte. Ich verstehe, dass niemand eine warme Limonade möchte, aber die Daten, die das Unternehmen aufzeichnen wollte, waren detaillierter als nötig, um das Problem zu lösen. Der Automat musste nur mitteilen, ob er über oder unter der empfohlenen Serviertemperatur von 38 °C lag; Auf das nächste Zehntel Grad genau zu messen war übertrieben. Wir haben die Daten des Automaten in einer viel kleineren Größe codiert, was dem Automatenunternehmen Geld für Datenraten sparte und dem Kunden dennoch eine kalte Limonade gab.

Ich teile diese Geschichte, um eine Frage hervorzuheben, die sich Entscheidungsträger für das industrielle, zivile und kommerzielle Internet der Dinge (IoT) stellen sollten:Lohnt es sich, detailliertere Daten zu sammeln und zu übertragen als du brauchst? Wenn die Antwort „Nein“ lautet, sollten Sie die Verwendung eines Low Power Wide Area (LPWA)-Netzwerks in Betracht ziehen.

Mehr Daten, mehr Probleme

Die Kluft zwischen dem Datenbedarf der Verbraucher und dem Datenbedarf industrieller und ziviler IoT-Programme ist größer denn je. Mobilfunknetze sind der aktuelle De-facto-Standard für IoT, aber sie sind auf die Bedürfnisse von Smartphone-Nutzern ausgerichtet:schnellere Verbindungen und mehr Daten. Verbraucher zahlen einen hohen Preis für das schnelle Senden und Empfangen großer Datenmengen, nicht nur für den Datentarif, sondern auch für die Hardware und Batterien, die erforderlich sind, um mit den sich ständig weiterentwickelnden Fähigkeiten des Mobilfunks Schritt zu halten. Während die Idee, ein für Smartphones entwickeltes System huckepack zu tragen, attraktiv erscheint, ist der Preis, um mit der Entwicklung des Mobilfunks Schritt zu halten, für das industrielle und zivile IoT nicht sinnvoll.

Das erste Problem bei der Verwendung von Mobilfunknetzen für industrielle oder zivile IoT-Anwendungen ist die Langlebigkeit. Um mit der Long Term Evolution (LTE) von Mobilfunknetzen Schritt zu halten, müssen Unternehmen ihre Geräte ständig aufrüsten, ähnlich wie Smartphone-Benutzer alle drei bis vier Jahre ein neues Telefon kaufen müssen. Für Städte oder Organisationen mit Hunderten, Tausenden oder sogar Millionen von verbundenen Geräten ist ein Upgrade alle drei bis vier Jahre nicht nur teuer, sondern auch ein logistischer Albtraum.

Das zweite Problem, mit dem Mobilfunknetze industrielle und zivile Organisationen darstellen, sind die hohen Leistungsanforderungen der Mobilfunknetze. Selbst die besten Smartphones auf dem Markt müssen nach einem Tag regelmäßiger Nutzung wieder aufgeladen werden. Der Hauptgrund für die geringe Akkulaufzeit von Smartphones ist die Energiemenge, die benötigt wird, um große Datenmengen über ein Mobilfunknetz zu senden. Zum Glück für die Verbraucher können sie ihr Telefon einfach aufladen, aber die meisten Maschinen, die in industriellen oder zivilen IoT-Anwendungen verwendet werden, benötigen eine Batterie, die alleine lange halten kann.

Für viele industrielle und zivile IoT-Anwendungen sind die Datenkapazitäten des Mobilfunks übertrieben. Durch die Schaffung eines separaten Netzwerks zur Übertragung kleiner Datenmengen löst LPWA viele der Langlebigkeits- und Leistungsprobleme von Mobilfunknetzen.

Reduzierte Daten zu geringeren Kosten

Sprechen wir über den größten Motivator für die Einführung von LPWA-Netzwerken in Industrien und Städten:reduzierte Kosten. Durch die Schaffung eines separaten Netzwerks zur Übertragung kleiner Datenmengen löst LPWA viele der Langlebigkeits- und Leistungsprobleme von Mobilfunknetzen. Im Gegensatz zu LTE-Mobilfunknetzen müssen sich LPWA-Netze nicht weiterentwickeln, um den wachsenden Datenbedarf zu decken, sodass Sensoren und Funkgeräte, die für die LPWA-Nutzung entwickelt wurden, nicht veraltet sind. Batterien in LPWA-verbundenen Funkgeräten und Sensoren halten auch viel länger als Batterien, die in Mobilfunknetzen verwendet werden, in einigen Fällen bis zu fünfzehn Jahre. Die längere Lebensdauer und Batterielebensdauer von LPWA-Geräten reduziert die Arbeitskosten im Zusammenhang mit dem Austausch von Hardware und Batterien bei Hunderten, Tausenden oder sogar Millionen von Remote-Geräten erheblich.

Die längere Akkulaufzeit von LPWA-Netzwerken hat einen geringen Preis:langsamere Übertragungsgeschwindigkeiten. Die mit LPWA-Netzwerken verbundene Latenz beträgt jedoch nur wenige Sekunden bis zu einigen Minuten, abhängig vom Protokoll und der Größe der übertragenen Daten. Während sich LPWA-Netzwerke bei Anwendungen auszeichnen, die nicht zeitkritisch sind, wie z. B. die Überwachung von Wasserlecks auf Farmen oder Verkehrsmustern in Städten, sind sie möglicherweise nicht ideal für Anwendungen, bei denen Daten über Leben oder Tod bedeuten können, wie z. B. bei einem Herzmonitor.

So wie eine Verringerung der Übertragungszeit Batteriestrom spart, wird auch weniger Daten gesendet. LPWA-Netzwerke wurden entwickelt, um einfache Informationen zu übertragen, die in wenige Datenbytes passen. Dies ist ideal für die M2M-Kommunikation in Industrien und Städten, in denen die übertragenen Daten eine einfache Betriebsbedingung (wie das Automatenbeispiel) oder grundlegende Metriken wie Temperatur, Feuchtigkeitsgehalt, Volumen usw. sind.

Eine der wenigen drahtlosen Technologien, die den Preis von LPWA übertrifft, ist Bluetooth, aber die Reichweite von Bluetooth ist für groß angelegte IoT-Operationen nicht wünschenswert. Während ein LPWA-Netzwerk in weiten Räumen bis zu 5 Meilen weit übertragen kann, hat Bluetooth eine maximale Reichweite von etwa 100 Metern. Die Reichweite von Bluetooth ist für die meisten groß angelegten zivilen und industriellen IoT-Infrastrukturen, die sich über Städte, Felder oder Fabriken erstrecken, unzureichend.

Unter Budget und vor der Kurve

Jede Branche oder Stadt muss bei der Einrichtung eines IoT-Netzwerks auf das Budget achten. Wir haben bereits die längere Akkulaufzeit und Langlebigkeit von LPWA besprochen, aber es gibt noch andere Kosteneinsparungsvorteile, die berücksichtigt werden sollten. Die Funkkosten sind für LPWA-Netze viel niedriger als für Mobilfunknetze. LPWA-Radios und -Modems kosten unter 5 US-Dollar, während Mobilfunkgeräte und Modems zwischen 15 und 25 US-Dollar liegen können. Eine Einsparung von 10 bis 20 US-Dollar pro Modul ist signifikant genug, um große Industrie- und Zivilbetriebe für das IoT zu gewinnen.

LPWA-Technologien und -Protokolle erfüllen die Anforderungen von Industrien und Städten, unabhängig davon, ob sie mit ihrer IoT-Infrastruktur bei Null anfangen oder bereits eine Überwachung durchführen. Branchen und Städte, die bei Null anfangen, können den Open-Source-Code eines LoRa Alliance-Systems vorteilhaft finden. Aber eine Stadt, die bereits Sensoren in einem Mobilfunknetz eingerichtet hat und den Übergang zu einem LPWA-Netz vollziehen möchte, kann ein Unternehmen in Betracht ziehen, das die LPWA-Infrastruktur entwickelt hat, um mit den bereits vorhandenen IoT-Sensoren und -Geräten zu interagieren. Sie zahlen nur eine Lizenzgebühr, um ihr Protokoll auszuführen.

Eine flächendeckende Abdeckung wird eine notwendige Voraussetzung für Städte und Branchen sein, die eine IoT-Infrastruktur bereitstellen. Und während LPWA nur eine Art von IoT-Netzwerk ist, schätzt Machina Research, dass es bis 2023 mehr als drei Milliarden LPWA-Verbindungen geben wird. Wenn diese Schätzung zutrifft, werden LPWAs zusammen die dominierende Form von Machine-to-Machine (M2M) sein. Konnektivitätstechnologie.

Man kann mit Sicherheit sagen, dass Industrien und Städte, die IoT und LPWA auf ihrem Weg von nicht vernetzten Produkten zu vernetzten Diensten gemeinsam nutzen, diese beiden Technologien auf einzigartige Weise füreinander geeignet finden.