Een ingenieursoverzicht van M2M-netwerkarchitectuur

Machine-to-machine (M2M) communicatie stelt machines en apparaten in staat om kleine hoeveelheden informatie door te geven aan andere machines. Dit omvat communicatie van en naar rookmelders, deursloten, alarmen, watermeters, landbouwsensoren, slimme gebouwen, slimme verlichting, omgevingssensoren en meer.

Elke IoT-toepassing heeft andere beperkingen op het gebied van draadloos bereik en energieverbruik. Daarom gaat het bij M2M-netwerkarchitectuur om het juiste gebruik van radiobronnen. Elk netwerk dat hieronder wordt vermeld, gebruikt een andere methode om met deze bronnen om te gaan. Cellular is bijvoorbeeld het enige type alomtegenwoordige M2M-netwerk dat zijn eigen gelicentieerde frequentieruimte gebruikt. De rest bestaat meestal naast elkaar met behulp van gratis, niet-gelicentieerde frequenties. Vanwege wettelijke beperkingen mogen bedrijven hun netwerken niet zo ontwerpen dat ze een oneerlijk voordeel hebben ten opzichte van andere netwerken, dus de vraag voor deze bedrijven bij het creëren van netwerkarchitectuur is hoe ze het spectrum zonder licentie efficiënt kunnen gebruiken.

Hieronder bespreken we de voordelen en overwegingen van zeven van de beste M2M-netwerkarchitecturen.

1. Mobiel

Cellular domineert al heel lang de M2M-ruimte. Het belangrijkste voordeel van mobiel is de alomtegenwoordige dekking, maar de belangrijkste nadelen van mobiel zijn een korte levensduur van de batterij, dure eindpunten en hoge terugkerende kosten. Elke batterij-aangedreven applicatie zal moeite hebben met het gebruik van een mobiele modem. Ook mobiele netwerken veranderen voortdurend. Toen M2M bijvoorbeeld begon, maakte het grootste deel van de mobiele wereld gebruik van op GSM gebaseerde technologie (die nu wordt uitgefaseerd). GSM is grotendeels vervangen door 3G en LTE, en er zijn geruchten dat die technologieën voor M2M-toepassingen uiteindelijk zullen worden uitgefaseerd en vervangen door LTE-M. Bedrijven die mobiele modems hebben geïmplementeerd, moeten zich er dus van bewust zijn dat hun hardware de komende jaren mogelijk niet wordt ondersteund.

2. wifi

WiFi is de afgelopen vijf jaar een meer voorkomende M2M-optie geworden. Dit is gedeeltelijk te danken aan fabrikanten van wifi-chips, zoals GainSpan, die zich nu op de ruimte richten door goedkopere chipsets met een lager vermogen te maken met een zeer eenvoudige interface. Met deze nieuwe chips heb je geen computer en wifi-stuurprogramma nodig; u kunt in plaats daarvan een universele asynchrone ontvanger/zendontvanger (UART) gebruiken. Maar hoewel mobiele dekking alomtegenwoordig is, is wifi-dekking dat niet, wat een van de belangrijkste nadelen van wifi is in de M2M-markt. Als u bijvoorbeeld een keycard-deurslot bouwt voor elk appartement in een hoogbouw in New York en WiFi gebruikt, wordt bevoorrading een nachtmerrie.

3. Bluetooth Low Energy (LE)

Een andere optie die de afgelopen vier jaar beschikbaar is gekomen, is Bluetooth Low Energy (LE), ook wel Bluetooth 4.0 of Bluetooth Smart genoemd. Bluetooth LE gebruikt aanzienlijk minder stroom dan traditionele Bluetooth, maar net als zijn voorganger zijn gebruikers behoorlijk beperkt door het bereik en de pakketgroottes. Bluetooth LE is bedoeld om alleen zeer kleine stukjes informatie online via een telefoon of computer te verzenden. Dat maakt Bluetooth LE ideaal voor toepassingen zoals hartslagmeters of fitnesstrackers, maar het is niet ideaal voor iets dat een sterker stroomverbruik of een groter bereik nodig heeft.

4. ZigBee

ZigBee is een mesh-netwerkprotocol dat het probleem van het bereik probeert op te lossen. Hoewel het een aanzienlijk beter bereik biedt dan zoiets als Bluetooth LE, zijn er beperkingen en nadelen aan het bereik van het mesh-netwerk. Sommige knooppunten in een mesh-netwerk zijn er bijvoorbeeld alleen om informatie door te geven, wat een constant (en enigszins onnodig) stroomverbruik veroorzaakt. Dit maakt ZigBee een slechte kandidaat voor apparaten op batterijen, maar goed voor zoiets als monitoring van het elektriciteitsnet, dat een onbeperkte stroombron heeft. Kortom, ZigBee wordt nog steeds geadopteerd door sommige nichemarkten, maar het zal niet voldoen aan de behoeften van iedereen in de M2M-ruimte.

Zie ook: De ZigBee Vs. WiFi-strijd om M2M-communicatie

5. SIGFOX

De LPWAN-ruimte (low power, wide-area network) is de laatste tijd meer verzadigd geraakt - en op dit moment is SIGFOX de leider in de groep. Dit M2M-netwerk verstuurt kleine, langzame uitbarstingen van data, wat het ideaal maakt voor zaken als alarmsystemen of simpele meters. Vanwege het asymmetrische linkbudget staat het netwerk slechts beperkte r bi-directionaliteit toe, dus het is niet in staat om gegevens terug te sturen van de gateway naar knooppunten aan de rand van het netwerk. (Dit is een probleem dat andere LPWAN-spelers willen oplossen.)

6. LoRaWAN

LoRaWAN is het M2M-protocol dat is gemaakt door de LoRa Alliance om een ​​ecosysteem van M2M-applicaties te creëren die allemaal gebruikmaken van de fysieke LoRa-laag. Net als SIGFOX is LoRaWAN een uplink-gericht netwerk en werkt het dus goed voor op sensoren gebaseerde apparaten. Dit is deels te wijten aan regelgeving in Europa, die elk apparaat (inclusief de gateway) aan een inschakelduur van 1% houdt. Vanwege de verschillen in regelgeving hier in de VS, kan een groot segment van de markt worden aangepakt door een protocol te ontwerpen dat meer op "command and control" gebaseerde toepassingen mogelijk maakt. En dat is waar wij bij Link Labs onze focus op hebben proberen te leggen.

7. Symfonie Link

Symphony Link is het IoT-netwerk dat we bij Link Labs hebben ontwikkeld om een ​​aantal van de uitdagingen van andere M2M-architecturen op te lossen. Zo kan één enkele Symphony-gateway worden gebruikt om met 10.000 nodes te praten en zo een heel gebouw te bestrijken. Symphony richt zich ook op de levensduur van de batterij; een knooppunt op ons netwerk dat elke 10 minuten een bericht verstuurt, kan mogelijk acht tot tien jaar meegaan, afhankelijk van de toepassing.

Conclusie

Zoals u kunt zien, zijn er veel IoT-netwerken beschikbaar. Elk van hen probeert een unieke benadering uit om een ​​standaard technisch probleem op te lossen:hoe kosten, prestaties en complexiteit af te wegen. Elke ingenieur weet dat u niet het beste van al deze dingen kunt hebben, maar u kunt wel een netwerk creëren dat geschikt is voor specifieke toepassingen. We zijn benieuwd hoe deze netwerkarchitecturen de komende jaren verbeteren, evolueren en groeien.