Cellular IoT — Welke technologie te selecteren

Noot van de redactie:groeiende eisen voor een grotere beschikbaarheid van IoT-apparaten vallen samen met de opkomst van mobiele technologieën die zeer geschikt zijn voor het IoT . Voor ontwikkelaars is de behoefte aan meer gedetailleerde informatie over cellulaire technologieën en hun toepassing op het IoT nog nooit zo nijpend geweest. Een uittreksel uit het boek, Cellular Internet of Things, deze serie introduceert de belangrijkste concepten en technologieën op dit gebied.

In een eerdere serie beschreven de auteurs het evoluerende landschap voor mobiel, de rol ervan in het IoT en technologieën voor massale machine-type communicatie (mMTC) en ultrabetrouwbare communicatie met lage latentie (URLLC).

Elsevier biedt deze en andere technische boeken aan met 30% korting. Om gebruik te maken van deze korting, klik hier en gebruik code ENGIN318 tijdens het afrekenen.

Aangepast van Cellular Internet of Things, door Olof Liberg, Marten Sundberg, Eric Wang, Johan Bergman, Joachim Sachs.

Hoofdstuk 9. Het competitieve internet der dingen-technologielandschap (vervolg)

Door Olof Liberg, Marten Sundberg, Eric Wang, Johan Bergman, Joachim Sachs

9.3 KEUZE VAN CIoT-TECHNOLOGIE (vervolg)

9.3.2 WELKE CIoT-TECHNOLOGIE KIEZEN

De keuze voor een CIoT-oplossing is een beslissing die door verschillende marktspelers moet worden genomen. Enerzijds is het de mobiele netwerkoperator die moet beslissen welke CIoT-technologie hij toevoegt aan zijn bestaande netwerk. Aan de andere kant is het de fabrikant en serviceprovider van het IoT-apparaat die selecteren voor welke IoT-connectiviteitsopties ze hun IoT-service ontwikkelen. Het is te verwachten dat verschillende opties van oplossingen naast elkaar zullen bestaan.

9.3.2.1 Het perspectief van de mobiele netwerkoperator

Voor een mobiele netwerkoperator heeft de beslissing over welke CIoT-technologie moet worden ingezet en gebruikt meerdere facetten. Er zijn in het bijzonder twee kanten waarmee rekening moet worden gehouden:

• Langetermijnstrategie voor mobiel netwerk en bestaande middelen,

• IoT-marktsegmentstrategie.

Een typische mobiele netwerkoperator heeft een of meer mobiele netwerken geïmplementeerd. Steeds meer worden verschillende radiotechnologieën aangeboden via een enkel multiradiotechnologienetwerk. Hetzelfde basisstation kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor GSM-, UMTS/HSPA- of LTE-transmissie. Maar er zijn ook implementaties waarbij de netwerken voor 2G, 3G en 4G vrij onafhankelijk zijn in hun implementatie en werking.

Bovendien heeft een exploitant van een mobiel netwerk een spectrumlicentie van doorgaans een nationale regelgevende instantie, die rechten geeft om een ​​netwerk in het toegewezen spectrum te exploiteren. Spectrumlicenties zijn typisch langdurig, zoals bijvoorbeeld 20 jaar; dit wordt gemotiveerd door netbeheerders een economische zekerheid te bieden. Een investeringsrendement voor extreem hoge netwerkinstallatiekosten van een nieuwe technologie kan over een lange periode worden gepland. Bij het verstrijken van een spectrumlicentie wordt door de toezichthouder een wedstrijd voor spectrumlicenties gestart, zoals een spectrumveiling, voor het verstrekken van een nieuwe spectrumlicentie. Over het algemeen is elke routekaart voor de uitbouw van een netwerk door een exploitant een langetermijnbeslissing en moet ten minste rekening worden gehouden met de volgende elementen:

• Hoe lang zijn de bestaande spectrumlicenties geldig, welke technologieën mogen in het spectrum worden gebruikt en wanneer is er een nieuw proces voor de hertoewijzing van spectrum gepland door de toezichthouder?

• Wat is de status van de netwerkuitbreiding voor verschillende radiotechnologieën, in het bijzonder GSM en LTE, en wat is het marktaandeel van de operator ?

• Wat is de netwerkopbouw van concurrerende operators en wat is hun marktaandeel?

• Wat is de strategische bedoeling van een operator met betrekking tot IoT?

• Welke services zijn gepland om te worden geleverd en in welke rollen wil de exploitant de IoT-markt aanspreken (bijvoorbeeld als connectiviteitsprovider of ook als dienstverlener/enabler)?

• Wat is de volwassenheid van de markt voor IoT-services?

• Welk IoT-segment zou de operator willen aanpakken?

Opgemerkt moet worden dat bovenstaande vragen worden gesteld vanuit het perspectief van de exploitatie van een netwerk van operators in een bepaald land. Er zijn echter meerdere operators actief in meerdere landen en zelfs op meerdere continenten. Zelfs als de beslissing grotendeels per land wordt genomen, kan een operator beslissingen willen harmoniseren over meerdere regio's waarin hij netwerken exploiteert.

Wanneer we kijken naar de CIoT-technologie-opties, kunnen de volgende kenmerken worden geïdentificeerd, die de beslissing van een operator zullen beïnvloeden.

Als uitgangspunt nemen we aan dat een operator een zeer grote prikkel heeft om de bestaande mobiele netwerkinfrastructuur te hergebruiken voor het inzetten van een van de CIoT-technologieën. Uiteraard kan EC-GSM-IoT eenvoudig worden ingezet op basis van een GSM-infrastructuur en door gebruik te maken van GSM-spectrum. De GSM-netwerkbronnen en het GSM-spectrum zouden worden gedeeld tussen GSM-gebruik en EC-GSM-IoT-gebruik. LTE-M en NB-IoT kunnen worden ingezet op basis van een LTE-infrastructuur en door gebruik te maken van het LTE-spectrum; LTE-netwerk- en spectrumbronnen zouden worden gedeeld tussen LTE-, LTE-M- en NB-IoT-gebruik. In de meeste netwerkconfiguraties kan worden verwacht dat de inzet van EC-GSM-IoT, LTE-M en NB-IoT kan worden gerealiseerd als een software-update voor de ingezette GSM- of LTE-netwerken. Dit impliceert dat de introductie van het CIoT op de markt door operators vrij snel en tegen lage total cost of ownership kan worden gerealiseerd.

Voor IoT-diensten wordt verwacht dat veel diensten een lange levensduur verwachten van bijvoorbeeld een decennium. Deze verwachting moet worden aangepakt met een CIoT-netwerk. Als gevolg hiervan is de beslissing van de CIoT-technologie ook gekoppeld aan de langetermijnstrategie van de operator voor mobiele netwerken die zich richten op telefonie en mobiele breedbanddiensten. Als een operator van plan is om in de komende toekomst GSM-implementaties over te zetten naar bijvoorbeeld LTE of 5G, lijkt de introductie van EC-GSM-IoT een twijfelachtige keuze, aangezien EC-GSM-IoT-gebruikers op lange termijn nodig zouden hebben om de GSM te onderhouden. infrastructuur al geruime tijd operationeel.

GSM is vandaag nog steeds de mobiele netwerktechnologie, die het grootste deel van de wereld bestrijkt. Volgens referentie [55] was in 2016 ongeveer 90% van de wereldbevolking binnen het bereik van een GSM-netwerk, en dit zal naar verwachting toenemen tot 95% in 2022. In 2016 daarentegen bevond slechts ongeveer 40% van de bevolking zich binnen de dekking van een LTE-netwerk, dat naar verwachting zal toenemen tot meer dan 80% in 2022. Er zijn echter zeer grote regionale verschillen in de verspreiding van cellulaire technologieën. Om een ​​voorbeeld te geven uit Reference [55]:in het Midden-Oosten en in Afrika waren in 2016 slechts 5% van de mobiele abonnementen LTE-abonnementen (waarmee ook WCDMA/HSPA en GSM kunnen worden gebruikt); dit aantal zal naar verwachting toenemen tot ongeveer 30% in 2022. Ongeveer 20% van de abonnementen is alleen voor GSM en het merendeel van de abonnementen is voor WCDMA/HSPA (waardoor ook GSM maar niet LTE kan worden gebruikt). In regio's als het Midden-Oosten en Afrika wordt voorspeld dat GSM nog vele jaren een belangrijke technologie zal blijven, ook al is in andere regio's de rol van GSM op middellange en lange termijn minder zeker. Kijkend naar Noord-Amerika, was in 2016 al 65% van de mobiele abonnementen LTE-abonnementen. Voor 2022 zeer weinig niet-LTE-geschikte [zie opmerking 1] abonnementen zijn voorzien. Dergelijke verschillen zullen resulteren in verschillende voorkeuren van CIoT-oplossingen voor verschillende operators in verschillende regio's. [Opmerking 1:Als LTE-compatibel abonnement in 2022 tellen we hier de voorspelde LTE-abonnementen en 5G-abonnementen, waarvan wordt aangenomen dat ze volledig compatibel zijn voor gebruik in LTE-netwerken.]