Mobiel IoT onderzoeken:kosten, batterij en data

Er zijn veel verschillende draadloze machine-to-machine (M2M) technologieën achter het Internet of Things (IoT). Een van deze technologieën is het mobiele netwerk. In 1979 creëerde Nippon (een Japans bedrijf) het eerste commerciële geautomatiseerde mobiele netwerk. In de 36 jaar daarna zijn mobiele netwerken geëvolueerd van eenvoudige draadloze spraakcommunicatie naar complexe breedbandmogelijkheden.

Tegenwoordig zijn mobiele netwerken in de eerste plaats ontworpen voor mobiele apparaten en dus afgestemd op spraak- en videogesprekken en andere toepassingen met een hoge datasnelheid. Ze zijn geoptimaliseerd voor deze breedbandgebruikspatronen. Vanwege de wijdverbreide dekking kiezen IoT-ontwikkelaars voor mobiel om hun apps te ondersteunen. Maar is dit een goed idee? Is mobiel geschikt voor de meeste M2M aangesloten apparaten? Is er een beter alternatief? We zullen deze vragen (en meer) in dit artikel onderzoeken.

Elementen van mobiel IoT

Infrastructuur

Misschien wel het meest genoemde voordeel van het gebruik van cellulair IoT is de alomtegenwoordige dekking. Overal staan ​​zendmasten en de grote netwerken beslaan ongeveer 99% van de Amerikaanse bevolking. Dus als u uw sensornetwerk in een handomdraai wilt implementeren, zijn mobiele netwerken direct beschikbaar.

Low-power, wide-area (LPWA)-netwerken, die zijn ontworpen voor IoT-toepassingen met een lage gegevenssnelheid, moeten worden geïnstalleerd en geïmplementeerd om te kunnen werken. Maar de overweging die veel ingenieurs en IoT-ontwikkelaars vergeten, is dat deze netwerken doorgaans niet meer dan een paar vierkante kilometer afstand hoeven af ​​te leggen. Als u een netwerk nodig heeft om een ​​kantoorgebouw, een schoolcampus of een boerderij te dekken, kunt u dit effectief doen met een LPWA-netwerk met slechts een paar gateways. Dus als u bereid bent uw eigen gateways te installeren of te wachten op de installatie van een openbaar LPWA-netwerk, wordt het brede geografische voordeel van cellulair IoT minder cruciaal.

Levensduur batterij

Mobiele netwerken werden aanzienlijk ingezet in de IoT-ruimte toen 2G-netwerken werden gecreëerd. De reden waarom applicatieontwikkelaars en netwerkoperators van 2G hielden, was destore and forward-architectuur . De radio's konden wakker worden, hun gegevens verzenden, voor hen bestemde ontvangen en weer in slaap vallen. Dit bespaarde veel batterijduur, omdat de radio niet de hele tijd aan hoefde te wachten op berichten.

Toen 3G en 4G werden gecreëerd, werd de store and forward-architectuur verwijderd en vervangen door een always-on-benadering. Dit betekent dat de radio altijd luistert naar een bericht dat het apparaat vertelt wanneer het nieuwe informatie ontvangt. Door deze vrijwel constante communicatie met het netwerk komt de batterijduur onder druk te staan.

Met een LPWA-netwerk gaan sensoren in de slaapstand en worden ze wakker wanneer ze datapakketten moeten verzenden. Omdat de radio het grootste deel van de tijd slaapt, gaan batterijen tussen de vijf en tien jaar mee (afhankelijk van de technologie). Mobiele providers hebben erkend dat de levensduur van de batterij een punt van zorg is voor degenen in de IoT-ruimte, en ze begrijpen dat mobiel onvoldoende is voor zeer kleine stukjes gegevens. Als reactie op deze zorgen hebben ze een nieuw protocol voorgesteld met de naam LTE-M. In een interessante draai is het eigenlijk ontworpen om enkele elementen van 2G mobiele transmissie terug te brengen, zoals opslaan en doorsturen.

Het is belangrijk op te merken dat zelfs als deze mogelijkheden terugkeren, mobiele M2M-apparaten nog steeds veel meer stroom en energie nodig hebben dan LPWA-netwerken. 4G-LTE data-only stroomvereisten zijn tien keer meer voor verzending (~120mA versus ~12mA) en 1000 keer meer voor stand-by (~2 milliampère versus ~2 microampère) dan de nieuwe opkomende LPWAN-netwerksystemen. Dit is een uitdaging waarmee mobiele providers worden geconfronteerd.

LTE-M wordt eind volgend jaar voorgesteld en moet dan worden geratificeerd en aangenomen. We zullen waarschijnlijk de eerste iteraties voor LTE-M eind 2017 of 2018 zien. Dus als je een oplossing nodig hebt die nu (of in de komende drie jaar of zo) zuiniger is met de batterij, moet je waarschijnlijk kijken naar een laag stroomverbruik, brede -gebiedsnetwerken.

Gegevensoverdracht

Als het gaat om de nieuwste versies van mobiel - 4G en LTE - zijn er 44 banden waarop operators kunnen uitzenden. Dus wanneer een apparaat verbinding probeert te maken, is er voldoende potentiële bandbreedte.

Maar vergeet niet dat LTE-netwerken zijn ontworpen voor breedband communicatie. Ze zijn geoptimaliseerd voor spraak en data van hoge kwaliteit, inclusief videomogelijkheden, zoals Netflix kijken of FaceTime-gesprekken voeren. We omschrijven dit graag als een enorme 8-baans snelweg die volledig is gevuld met dumptrucks die zijn ontworpen om big data te verplaatsen. Dus, wat gebeurt er als u geen grote gegevens hoeft te verplaatsen - u hoeft alleen maar kleine gegevenspakketten te verzenden? In plaats van dat die dumptrucks tot de nok toe gevuld zijn, hebben ze alleen een schop vol gegevens. Het is duidelijk dat dit een zeer inefficiënte vervoersregeling zou zijn.

Het is belangrijk om te onthouden dat veel M2M-applicaties minder dan een paar honderd bytes verzenden elke dag. Een alarmcentrale verstuurt bijvoorbeeld slechts 40 bytes per dag. Zelfs als je ervan uitgaat dat een apparaat 30 bytes per uur verstuurt, is dat slechts 22 kilobytes per maand. Dit is aanzienlijk minder dan de data-abonnementen van mobiele bedrijven, die bedoeld zijn voor gigabytes aan data.

Dus, in navolging van onze analogie, wat je echt behoefte aan een op sensoren gebaseerd netwerk en veel van de nieuwe IoT-toepassingen zijn geen snelweg met 8 rijstroken vol met enorme gegevensbelastingen - je hebt alleen een fietspad nodig! Dat is wat LPWA-netwerken bieden:een efficiënte manier om kleine hoeveelheden data te verplaatsen. Onthoud dat als je aan het Internet of Things als geheel denkt, je niet over een paar honderd radio's met sensoren praat, maar over tientallen miljarden van apparaten. En als al die apparaten morgen op een LTE-netwerk zouden verschijnen met TCP/IP, zou het netwerk volledig verpletterd worden.

Kosten van mobiel IoT

Modulekosten

Een LTE-module die in zeer hoog volume wordt gekocht, kost tussen $ 25 en $ 30. Een LPWA-module die in een zeer hoog volume wordt gekocht, kost ongeveer $ 10. Naarmate LPWA-netwerken volwassen worden - binnen de komende drie jaar - zou de prijs per module tussen $ 5 en $ 10 moeten dalen. Dat verschil van $ 10 kan veel zijn van geld wanneer het wordt vermenigvuldigd met de duizenden (of miljoenen) modules die nodig kunnen zijn.

Terugkerende kosten

De LPWA-netwerken die tegenwoordig worden ingezet (voornamelijk in Europa) kosten in de orde van grootte van een paar dollar per jaar. Vergelijk dat eens met de kosten voor mobiele data vandaag - in het bereik van een paar dollar per maand - en je zult een groot verschil zien wanneer je deze aantallen begint te vermenigvuldigen met de miljoenen ingezette apparaten. Onthoud dat als u uw eigen infrastructuur implementeert, zoals veel organisaties doen voor hun LPWA-applicaties, er geen maandelijks terugkerende kosten zijn.

Diverse kosten

Het andere om in gedachten te houden bij sommige mobiele systemen is dat er andere kosten zijn, zoals SIM-kosten, kosten voor activeren en deactiveren, en meer. Dit soort wijzigingen kan oplopen als gebruikers niet voorzichtig zijn. Bovendien brengen sommige netwerken gebruikers in rekening, ongeacht of ze gegevens verzenden of niet. LPWA-netwerken kunnen hetzelfde doen, maar de kosten zijn zo veel lager dat het een nominaal bedrag kan zijn.

Welk type netwerk is het beste?

Uiteindelijk moet u bepalen wat aardig gegevens die u verzendt en hoe veel gegevens die u verzendt, zodat u de juiste tool voor de taak kunt selecteren. In navolging van de bovenstaande analogie, als uw toepassingen een dumptruck met gegevens gebruiken, is cellulair IoT wellicht de richting die u op wilt. Maar als u slechts kleine hoeveelheden gegevens gebruikt - een schop vol in die dumptruck - kunt u beter het fietspad nemen en een LPWA-netwerk gebruiken.

Het is ook belangrijk op te merken dat mobiel en LPWA niet de enige soorten M2M-netwerken zijn die beschikbaar zijn. We hebben zelfs een whitepaper geschreven over de zeven populairste M2M-netwerken en we raden u aan een kijkje te nemen om beter te begrijpen welke netwerkoptie het beste bij uw organisatie past.