Rynek komunikacji bezprzewodowej M2M w Polsce

Do tematyki M2M powracamy w ramach raportu "Elektronika" po blisko trzech latach przerwy. Okres ten w przypadku tytułowych produktów jest na tyle długi, że zmiany w ofertach i na liście dostawców są łatwe do zauważenia. Zapraszamy do lektury, gdyż warto być na bieżąco w tak ważnej dla rynku elektroniki tematyce.

Rys. 1. Ocena potencjału rynkowego poszczególnych nowości produktowych w zakresie M2M

Jednym z ważniejszych czynników prorozwojowych rynku M2M jest systematyczny i znaczący spadek cen modułów komunikacyjnych i poszerzająca się oferta od strony asortymentu i liczby dostawców. Czynniki te polepszają zdolność penetracji rynku przez aplikacje M2M i zapewniają otwarcie na nowe obszary zastosowań, które do tej pory były poza zasięgiem z przyczyn ekonomicznych.

Niewątpliwie techniki komunikacji M2M są w stanie zapewnić dużą funkcjonalność aplikacyjną i znakomite parametry, niemniej nie mogą one być oderwane od rzeczywistości pod względem cen. Przykład podobnego w znaczeniu i potencjale rynku, jakim jest RFID, wyraźnie pokazuje, że nie da się osiągnąć masowej skali zastosowań bez zapewnienia relatywnie niskiego kosztu inwestycji.

Pięć lat temu podstawowy i najprostszy moduł GSM, kupowany w ilościach 5-25 sztuk, wyceniany był na około 100 zł, dwa lata temu podobny dawało się kupić za około 60 zł. Obecnie suma ta wynosi mniej więcej 50 zł. Ceny maleją, może już nie tak szybko jak dawniej, ale z pewnością są one coraz słabszą barierą w wielu zastosowaniach. Szybszy procentowo spadek cen widać w przypadku rozwiązań ZigBee, modułów GSM 3G, Wi-fi.

Kolejne czynniki pozytywnie kształtujące rynek to coraz większa prostota konstrukcyjna modułów, lepsza dostępność oprogramowania, narzędzi projektowych i projektów referencyjnych, w tym także pozycji oferowanych za darmo. Producenci wkładają dużo wysiłku, aby aplikowanie było nieskomplikowane, bo wiedzą, że technologia M2M musi być dostępna nie tylko dla specjalistów. Podobnie dzieje się z zasilaczami, mikrokontrolerami i podobnymi grupami wyrobów, co przekonuje, że takie działania przynoszą efekty.

Tabela 1. Przegląd ofert dostawców modułów do komunikacji M2M

Poziom penetracji rynku przez aplikacje M2M cały czas jest jeszcze niski, co dobrze rokuje na przyszłość. Coraz więcej urządzeń musi być inteligentnych, a to głównie oznacza dzisiaj możliwość łączenia się z innymi urządzeniami. Świadomość tych procesów i wiedza potencjalnych inwestorów odnośnie do możliwości i potencjału dostępnych rozwiązań też się poprawia.

Szybki rozwój automatyki w zakresie produkcji, nierzadko wymuszany przez konieczność optymalizacji procesów, minimalizacji zużycia mediów i energii elektrycznej oraz rozwój branż pokrewnych takich jak utrzymanie ruchu, ochrona i kontrola dostępu, wymusza zainteresowanie łącznością i jest tu dobrym potwierdzeniem. Rosnącą potrzebę monitoringu i wizualizacji widać nawet wśród klientów indywidualnych.

Współczesna technika w wydaniu konsumenckim i profesjonalnym staje się dzisiaj coraz bardziej mobilna. Tablety, laptopy, smartfony pojawiają się w halach fabrycznych, są częścią coraz popularniejszych systemów automatycznego opomiarowania (AMR) i źródłem zapotrzebowania na komunikację bezprzewodową. Wiele produktów infrastruktury komunikacyjnej i maszyn ma wbudowany webserwer, do oprogramowania SCADA i ERP dodawane są aplikacje mobilne, co z pewnością przyczynia się do popularności M2M.

Rys. 2. Ocena potencjału poszczególnych typów modułów M2M pod względem dochodów dla dostawców (a), wolumenu sprzedaży (b) i stopnia konkurencji na rynku (c)

Na rozwój rynku M2M mają też korzystny wpływ nowe technologie o niskim poborze energii (Bluetooth Low Energy, ZigBee/mesh radio) czy też moduły GSM dużej przepustowości (HSPA+, LTE), a także standardy (Wireless-MBUS) i usługi (M2MAir) dla rynku telemetrycznego, które generują nowe innowacyjne aplikacje.

Co w największym stopniu ogranicza rozwój rynku

Rys. 3. Odbiorcy technologii M2M w podziale na branże

Największym problemem jest oczywiście kryzys, bo przekłada się on na małą liczbę realizowanych inwestycji, przesuwanie w czasie nowych projektów i trudności w finansowaniu. Spowolnienie gospodarcze w największym stopniu dotyczy dużych projektów, które są w stanie nadać odpowiednio duże tempo rozwoju, przez co oddziaływanie tego trendu jest niestety dostrzegalne.

Producenci i integratorzy systemów obawiają się technologii bezprzewodowych. Odczucia te mają podłoże ekonomiczne, a więc, że koszty wdrożenia przekroczą korzyści wynikające z nowoczesnych rozwiązań, a także techniczne związane z jakością komunikacji.

Komunikacja bezprzewodowa M2M w dużej mierze odbywa się za pomocą modułów GSM i stąd wymaga najczęściej pośrednictwa ze strony operatorów. Jakość infrastruktury, polityka taryfowa operatorów i ich wsparcie dla tej technologii mają duże znaczenie. Operatorzy, walcząc o niskie ceny, minimalizują kosztowne inwestycje w rozwój stacji bazowych, przez co jakość łączności nierzadko spada poniżej akceptowanego minimum na skutek przeciążenia sieci.

Rys. 4. Zdaniem specjalistów konkurencja na rynku M2M jest silna lub bardzo silna

Duże systemy pomiarowe bazujące na obszarze całego kraju, związane z np. z transportem lub telemetrią, wykorzystują nadajniki GSM, czyli sieć starszej generacji o ograniczonej pojemności i nierozwijanym potencjale, bo wiadomo, że przekaźniki BTS sieci 3G zapewniające szybką transmisję danych powstają głównie w miastach. W przypadku Wi-fi, Bluetooth i ZigBee problemy co do pewności komunikacji sprawia pasmo ISM, które wszystkich użytkowników traktuje tak samo. Im więcej działa w nim urządzeń, tym niestety gorzej jest z parametrami.

O ile ceny modułów GSM są stosunkowo niskie, to niestety w przypadku ZigBee i Wi-fi już tak dobrze nie jest - te są relatywnie są zbyt drogie w stosunku do swojego potencjału komunikacyjnego. Szwankuje też wsparcie techniczne i dostęp do oprogramowania i bibliotek, co przy dużej złożoności tych urządzeń ma spore znaczenie.

W przypadku sprzętu GSM rynek psuty jest przez tanie azjatyckie produkty o niskiej jakości oraz przez podróbki rozwiązań markowych. Szczególnie groźny jest wpływ podróbek, bo ich złe działanie lub chociażby brak stabilności psują opinię całemu rynkowi komunikacji bezprzewodowej.

Nowości produktowe

Rys. 5. Struktura obrotów firm zajmujących się sprzedażą modułów M2M. W jednej trzeciej firm z tego zestawienia przekraczają one 5 mln zł rocznie

Na rynku modułów do komunikacji M2M pojawia się wiele nowości, ale wiele z nich z praktycznego punktu widzenia jest mało przydatnych. Rynek cały czas jest pod wpływem tego, co dzieje się w modułach GSM, ale o ile jeszcze dwa-trzy lata temu niepodzielnie królowały standardy GPRS/EDGE, czyli sieci 2G, o tyle obecnie coraz częściej są to sieci 3G i moduły obsługujące technologię 3G/HSDPA/HSUPA i HSPA+, a w ostatnich miesiącach także przemysłowe moduły LTE.

Powoli upowszechnia się technologia CDMA-EVDO - wersja standardu CDMA, która została zoptymalizowana wyłącznie do transmisji danych (Evolution Data Only) i Bluetooth Low Energy (BLE). Obie te bardzo dobre od strony technicznej technologie nie rozwijają się tak szybko, jak oczekiwano, co może być trochę skutkiem obecnej koniunktury. W Polsce sieć CDMA 450, która powstała na bazie analogowych stacji BTS Centertela i swoim zasięgiem obejmuje 97% powierzchni kraju, też w niewielkim stopniu jest wykorzystywana przez M2M.

Na razie nie ma biznesowej oferty LTE, co jest niezbędne do popularyzacji M2M, a w przypadku BLE problemy stwarza system operacyjny Android, który go nie wspiera. Za to BLE zyskuje trochę na tym, że pozwala na współpracę z produktami Apple bez dodatkowych kosztów.

Rynek słabo przyjmuje dość innowacyjny standard ZigBee. Jego mała popularność oraz wciąż wysokie ceny modułów zniechęcają klientów do inwestowania w tę technologię.

Na rynku automatyki wciąż królują standardy GSM/GPRS i na tym obszarze widać największą konkurencję. Sporą popularnością w przemyśle cieszy się również Wi-fi, ale tutaj hamulcem są wciąż duże ceny urządzeń, zwłaszcza gdy się je porówna z rozwiązaniami konsumenckimi.

Cały czas ważnym zjawiskiem na rynku jest konwergencja produktów M2M z GPS. Moduły komunikacyjne z GPSem, to domena wielu aplikacji transportowych, ochrony mienia i podobnych. W tym obszarze nowością są produkty Glonass, do których rynek się już coraz bardziej przekonuje.

Na rysunku 1 pokazana została ocena potencjału nowości rynku M2M. Zdaniem specjalistów największe znaczenie mają moduły LTE i obsługujące transmisję danych w sieciach komórkowych 3G, na kolejnych miejscach uplasowały się szybkie moduły WLAN, a dalej energooszczędne standardy ZigBee i Bluetooth. Badanie ankietowe potwierdziło też wcześniejsze rozważania o tym, że CDMA-EVDO przebija się bardzo powoli.

Układy RF i rozwiązania SoC

Rys. 6. Obroty ze sprzedaży modułów komunikacyjnych jako procent całej sprzedaży firm. Dla 65% dostawców sprzedaż M2M przynosi do 10% obrotów całej firmy

Mimo że pojęcie komunikacji M2M jest bardzo szerokie i nie dotyczy wyłącznie komunikacji bezprzewodowej, w praktyce wiele osób utożsamia je z modułami komunikacyjnymi komunikującymi się drogą radiową. Moduły takie mogą pracować w różnych standardach, pasmach częstotliwości, z modulacjami i innymi właściwościami, ale cechą wspólną jest to, że stanową one złożony komponent, który wykorzystuje się we własnym układzie w całości.

To typowe i charakterystyczne dla naszego rynku podejście można podciągnąć też pod moduły RF, a więc rozwiązania niebazujące na standardach takich jak ZigBee czy Bluetooth, tylko ograniczające się do warstwy fizycznej komunikacji bez obsługi znanego protokołu. Moduły RF można też traktować jako produkt o funkcjonalności i złożoności lokującej się pomiędzy modułami działającymi w standardach opisanych w ISO, a rozwiązaniach scalonych, gdzie konstruktor nie dostaje gotowego komponentu, tylko musi sobie poskładać go z poszczególnych elementów, projektując np. obwód antenowy samodzielnie. Ta różnorodność dostępnych rozwiązań sprzyja rozwojowi rynku i przyczynia się do większej penetracji aplikacji M2M w technice.

Gotowe moduły komunikacyjne wydają się optymalnym rozwiązaniem w aplikacjach produkowanych w małych i średnich seriach, w układach, które muszą współpracować z urządzeniami innych producentów lub komunikować się w ramach ogólnoświatowych standardów. Gdy takiego wymagania nie ma, a łączność realizowana jest w ramach produktów wytwarzanych przez jedną firmę lub systemu zamkniętego, nierzadko rezygnuje się ze standardu na rzecz własnych protokołów, bo tak jest taniej. Czasem też aplikacje są zbyt proste, aby aplikować do nich złożoną i wydajną komunikację. Stąd popularność modułów RF na rynku wydaje się spora i są one w ofertach wielu dystrybutorów.

Rys. 7. Ocena, które cechy oferty handlowej są najważniejsze w sprzedaży modułów komunikacyjnych

W miarę upływu lat coraz więcej firm wykorzystuje do komunikacji rozwiązania scalone Teksasa, Microchipa, STMicro, rezygnując z kupowania gotowych modułów. Dylemat: własne rozwiązanie, czy też gotowy moduł, pojawia się dzisiaj znacznie częściej niż kiedyś, bo wiedza i doświadczenie projektantów jest znacznie bogatsze niż pięć lat temu, a producenci półprzewodników znacznie lepiej wspierają tych, którzy się decydują na taki krok.

Przy wykorzystaniu projektów referencyjnych, narzędzi i oprogramowania dostarczanego przez producentów ryzyko niepowodzenia jest minimalne, dlatego gdy tylko skala projektu wchodzi w zakres średnich serii, a produkt ma charakter konstrukcji zamkniętej, rozwiązania scalone stają się silną konkurencją dla modułów komunikacyjnych, nie mówiąc o tych działających w standardach.

Wyjątkiem od tej reguły jest GSM, co wynika z dużego zasięgu tej sieci. Trudno ocenić przy jakiej skali produkcji własne rozwiązanie się opłaca, bo poza samym układem elektronicznym konieczna jest jeszcze certyfikacja i badania toru radiowego. W zależności od potencjału, jakim dysponuje producent i zaplecza, może to być czynnik przesądzający.

Patrząc na rynek od strony dochodów, jakie mają dostawcy omawianych produktów z poszczególnych rozwiązań i standardów technicznych (rys. 2a), widać dominację technologii komunikacji za pomocą sieci komórkowych. Całkiem nieźle wypadły też rozwiązania bazujące na Bluetooth, ponaddwukrotnie lepiej niż te oparte na ZigBee.

Podobnie wygląda spojrzenie na rynek pod kątem sprzedaży ilościowo (rys. 2b) - tu moduły GSM jeszcze bardziej dominują, kosztem Bluetooth, co można odczytywać tak, że rozwiązania GSM są relatywnie tańsze od tych drugich. Niższe ceny rozwiązań komórkowych wynikają z większej skali, w jakiej są wytwarzane i dużej liczby dostawców tych modułów. Przekłada się to na silną konkurencję, w tym presję ze strony dostawców azjatyckich, celujących w prostych rozwiązaniach dla sieci 2G, ale cały czas poszukiwanych przez klientów (rys. 2c).