GSM z GPS

W raporcie zajmujemy się produktami, za pomocą których jest realizowana łączność bezprzewodowa w systemach M2M, niemniej trzeba pamiętać, że wiele aplikacji wykorzystujących komunikację bezprzewodową wiąże się z tematyką lokalizacji położenia. Jest to istotne zwłaszcza w logistyce, transporcie, zarządzaniu flotami pojazdów, w taksówkach, firmach kurierskich, śledzeniu pojazdów i wielu innych podobnych obszarach. Dlatego komunikacja M2M często łączy się z wykorzystaniem modułów GPS.  Widać to w gotowych produktach, w ofertach fi rm zajmujących się sprzedażą modułów komunikacyjnych i wśród producentów tego sprzętu. Na rynku zachodzą zmiany prowadzące do przenikania się wyrobów w tym zakresie, czego przykładem może być szwajcarska fi rma u-blox, do niedawna będąca specjalizowanym dostawcą modułów GPS, a od niedawna oferująca też produkty GSM. Można przypuszczać, że będzie to znak wyznaczający jeden z ważniejszych kierunków rozwoju dla branży.Odbiorniki GPS to dzisiaj w większości rozwiązania jednoukładowe, dlatego zmiana ta nie będzie techniczną rewolucją, lecz po prostu lepszym dopasowaniem się do wymagań odbiorców związanych z postępującą konwergencją. Tabela 3. Dane teleadresowe uczestników raportu Zmiany w modułach radiowych Sporo dzieje się w układach radiowych przeznaczonych do komunikacji na niewielkie odległości. Jeszcze pięć lat temu ten obszar aplikacji obejmował głównie proste konstrukcje radiowe pracujące w paśmie 433 MHz o mocy wyjściowej rzędu pojedynczych miliwatów, które służyły jako baza do realizacji zdalnego otwierania drzwi, do prostych aplikacji telemetrycznych i łączenia nieskomplikowanych urządzeń w całość w obrębie np. dużego domu. Moduły takie były wykonywane techniką hybrydową i z dzisiejszego punktu widzenia ich parametry radiowe nie były rewelacyjne. Coraz większe oczekiwania użytkowników powodują, że oferta modułów radiowych w ostatnich latach znacznie się rozszerzyła i równolegle pojawiły się produkty przeznaczone do zastosowań profesjonalnych. Współczesne moduły radiowe wyróżniają się bardzo małym poborem mocy, niewielkimi wymiarami, tak że przypominają duże układy scalone. Pozwalają tworzyć sieci nie tylko o organizacji punkt- -punkt, ale i punkt-wielopunkt. Praca na wyższych częstotliwościach, a więc oprócz 433MHz także 868MHz, a nawet 2,4 GHz i wydajniejsza modulacja zapewniają dużą szybkość transmisji danych sięgającą 1 Mbps dla wyższych pasm częstotliwości, co jest wartością bardzo dużą dla aplikacji i w porównaniu z tym, co było kiedyś.  To samo dotyczy możliwości pracy w kilku kanałach radiowych, zdolności do zestawiania łączy dwukierunkowych i wielu podobnych udogodnień automatyzujących konfi gurację toru radiowego. Moduły radiowe pozwalają na sterowanie pracą komendami AT, ustawianie parametrów konfiguracyjnych, niektóre realizują obsługę standardowych protokołów transmisyjnych takich jak ZigBee, dzięki czemu mogą być integrowane w większą całość z urządzeniami innych producentów. Oprócz modułów komunikacyjnych w wykonaniu modułowym, na rynku dostępne są transceivery do bezprzewodowej transmisji w pasmach ISM w postaci specjalizowanych układów scalonych. Układ taki po dołączeniu niezbędnego otoczenia zewnętrznego tworzy kompletny tor nadawczo-odbiorczy, zawierający część radiową, koder danych cyfrowych, układ PLL, a od strony aplikacyjnej zawiera mikrokontroler z otoczeniem peryferyjnym. Taki element jest w stanie zapewnić kompletny tor radiowy dla wielu prostych bezprzewodowych aplikacji konsumenckich, jak systemy bezkluczowych zamków, układy inteligentnego domu i podobne. Transceivery radiowe, produkowane przez Nordic lub wchodzący w skład TI Chipcon, zaczęto integrować z mikrokontrolerami, dzięki czemu możliwe jest tworzenie jednoukładowych aplikacji radiowych.  Z czasem rynek rozwinął się tak silnie w tym kierunku, że dzisiaj mówi się już raczej o mikrokontrolerach z wbudowanym transceiverem radiowym niż odwrotnie. Takie produkty znaleźć można w ofertach TI, Microchipa, Atmela i innych znanych fi rm. W uproszczeniu można powiedzieć, że na skutek zmian rynkowych mikrokontrolery z transceiverami ISM zastąpiły technologicznie klasyczne moduły radiowe bazujące na prostych odbiornikach superreakcyjnych i rozwiązaniach hybrydowych. Natomiast moduły radiowe, takie jak na przykład produkuje Radiocrafts, to propozycja podobna funkcjonalnie do tego, co dają modemy GSM, a więc do aplikacji bardziej złożonych. Skoro w ramach jednego procesu technologicznego udało się połączyć część radiową z mikrokontrolerem, należy oczekiwać, że w przyszłości czeka nas kolejny skok technologii, w którym w jednoukładową całość połączony zostanie 32-bitowy mikrokontroler z modułem GSM, a może i GPS. Radiomodemy na pasma licencjonowane Wykorzystanie modemów radiowych bazujących na klasycznym układzie radiowym nadawczo-odbiorczym i parze częstotliwości do nadawania i odbioru w dupleksie jest popularną metodą realizacji komunikacji w przemyśle, wśród dostawców mediów komunalnych i w podobnych zastosowaniach bazujących na dużym obszarze geografi cznym. Modemy radiowe są niezależne od sieci komórkowych i nie trzeba w nich płacić za dane, ale ich wadą jest coraz większa podatność transmisji na zakłócenia. Niestety w eterze jest coraz więcej urządzeń radiowych, które korzystają z coraz bardziej skomplikowanych modulacji. Wielki tłok w nadajnikach przekłada się na stale rosnący poziom zaburzeń elektromagnetycznych. W takiej sytuacji wykorzystanie klasycznych radiomodemów z kanałem dupleksowym w pasmach ogólnodostępnych staje się coraz mniej pewne. Z kolei praca w pasmach chronionych wymagała opłaty za pozwolenie radiowe, która wynosiła 1900 zł za rok. Kwota ta z pewnością była na tyle duża, że silnie ograniczała rozwój rynku, spychając aplikacje w kierunku modemów GSM. Na szczęście od ponad 2 lat za pozwolenie radiowe do transmisji M2M w pasmach VHF i UHF trzeba zapłacić już niecałe 100 zł, co zdecydowanie ratuje sytuację i ponownie zwraca uwagę na ich możliwości. Modemy radiowe, jak na przykład produkty fińskiego Satela lub amerykańskiej firmy Racom, nie zapewniają dużej szybkości transmisji, ale charakteryzują się sporym zasięgiem wynoszącym nawet kilkanaście kilometrów. Jest to produkt przeznaczony do zastosowań profesjonalnych i o charakterze nieco niszowym, niemniej bezwzględnie potrzebnym. Zastosowania, czyli gdzie się rozwija rynek Mimo że z perspektywy moduły do komunikacji bezprzewodowej są produktami uniwersalnymi, warto przez chwilę skupić się na głównych produktach i sektorach rynku, gdzie obecnie znajdują one zastosowanie. Najbardziej typowym obszarem wydają się być aplikacje w transporcie, gdzie urządzenia te służą do zarządzania flotą pojazdów, śledzenia położenia obiektów, np. w przedsiębiorstwach taksówkowych, usługach kurierskich itp. Takim zastosowaniom sprzyja obecność na rynku modułów podwójnych łączących w jednym produkcie GPS i GSM. Drugim obszarem jest monitoring stanu systemów alarmowych, gdzie moduły GSM pozwalają na scalenie rozproszonej sieci i wygodne zarządzanie. Producenci systemów alarmowych odchodzą od monitoringu za pomocą radiomodemów, gdyż są one w większym stopniu podatne na celowe zakłócenia łączności i w fi - nalnym rozliczeniu droższe. Kolejnym obszarem jest komunikacja dla punktów sprzedaży, automatów biletowych, bankomatów, gdzie modem GSM/ GPRS jest wygodną i niedrogą alternatywą dla klasycznych linii telefonicznych.    Tabela 4. Plan raportów „Elektronika” na najbliższe miesiące   Jak można ocenić atrakcyjność modułów bezprzewodowej komunikacji z punktu widzenia działalności dystrybucyjnej? Jest to grupa produktów, która ze względu na coraz bardziej atrakcyjne ceny, łatwość wdrożenia i bogactwo oferowanych funkcji zdobywa coraz większy udział w rynku. Wiodącą grupą produktów w tej branży są moduły GSM, które, przy obecnym pokryciu kraju zasięgiem sieci komórkowych, pozwalają na zdalną komunikację z dowolnego miejsca. Co jest ważne w handlu produktami M2M? Przede wszystkim ważne jest oferowanie produktów sprawdzonego producenta. Na drugim miejscu liczy się wsparcie techniczne, które staje się coraz bardziej istotne wraz z pojawianiem się nowych generacji modułów. Na przykład nowe urządzenia GSM mają porty USB zapewniające duże transfery danych. Ważne staje się wtedy oferowanie sterowników dla systemów Linux i Windows oraz innych narzędzi umożliwiających sprawne uruchomienie urządzenia. Przy najbardziej złożonych konstrukcjach nieoceniony jest bezpośredni kontakt inżynierów dystrybutora z inżynierami producenta. W którą stronę kieruje się rozwój biznesu związanego z modułami GSM? Rozwój tej części rynku M2M kieruje się w trzy strony. Pierwszą jest wzrost szybkości modułów, jaką zapewnia technologia HSxPA. Drugą jest widoczny trend łączenia wielu funkcji w jednym urządzeniu, czego przykładem są moduły GSM+GPS, a ostatnią duże obniżki cen podstawowych modułów GSM-GPRS otwierające wiele możliwości kreacji nowych aplikacji. Autoryzacja sprzedaży nie wymaga przesyłania dużej ilości danych, dlatego jest coraz chętniej wykorzystywana w miejsce tradycyjnych łączy kablowych. Podobne zastosowanie tworzą aplikacje związane z kontrolą stanu urządzeń rozsianych na dużym obszarze, które mogą okresowo wymagać obsługi. Przykładem mogą być chociażby automaty do gier.  Monitoring stanu w wielu zastosowaniach łączy się w jedną całość z telemetrią, czyli pomiarami zdalnymi. Kontrola stanu instalacji przemysłowych, pomiary natężenia ruchu w transporcie, zbieranie danych z stacji meteorologicznych, to kilka przykładów z ogromnej listy zastosowań, które składają się na główny nurt sprzedaży. Po stronie systemów o ograniczonym zasięgu najpopularniejsze są zastosowania związane z eliminacją kabli w elektronice konsumenckiej, automatyce przemysłowej, medycynie. Rynek od strony wyników Mimo że w powszechnej opinii i wielu ocenach specjalistów rynek modułów do komunikacji bezprzewodowej szybko rośnie, wzrosty obrotów krajowych firm dystrybucyjnych oferujących omawiane urządzenia nie w pełni to potwierdzają. Zgodnie z danymi zebranymi w ankietach, pokazanymi na rysunku 1, zestawienie wzrostów obrotów za lata 2006–2008 ma swoje maksima w okolicy 20%. Wartość ta jest z pewnością całkiem znośna i z grubsza odpowiada średnim wzrostom dla innych podzespołów i komponentów elektronicznych, niemniej w słupkach widać spore wahania, łącznie z tym, że niektórzy dostawcy zanotowali spadki sprzedaży, inni duże wzrosty.  Spośród trzech ostatnich lat najlepszy był rok 2007, co jest zbieżne z analogicznymi danymi dla reszty rynku; 20% jest dobrym, ale nie rewelacyjnym wynikiem, gdy przypomnimy sobie podobne analizy dla innych podzespołów elektronicznych, jakie wykonywaliśmy w ramach raportów w 2008 roku. Prawdopodobnym powodem zanotowanych wahań i różnic pomiędzy firmami jest dość duża konkurencja na rynku.  W ostatnich latach tematyka łączności bezprzewodowej, a zwłaszcza tej realizowanej za pośrednictwem sieci GSM, stała się bardzo popularna. Liczba dostawców modułów w kraju wzrasta, co jest pochodną rosnącego zapotrzebowania oraz tego, że na rynku światowym jest coraz więcej producentów. O ile na początku rynek był podzielony między kilka topowych marek, takich jak Motorola, Siemens (Cinterion), SimCom, Wavecom, o tyle obecnie pojawiło się szereg producentów dalekowschodnich, konkurujących głównie ceną.  Technologia GSM ma już 20 lat rynkowej obecności, więc jest dzisiaj wyzwaniem praktycznie tylko dla technologów i projektantów układów scalonych, koncentrujących się na upakowaniu całości modułu do jednej struktury scalonej. Skutkiem opisanych zmian jest ogólny spadek cen i marży handlowych, które dla najprostszych modułów są dzisiaj poniżej 100 zł. Bezpośrednio przekłada się to na ograniczenie maksymalnego tempa wzrostu sprzedaży. Redakcyjna ankieta tradycyjnie stała się dla nas okazją do zadania pytania o to, jakie oczekiwania mają przedsiębiorcy w stosunku do bieżącego roku. Na podstawie wyników z kilku pierwszych miesięcy można próbować wnioskować na temat ogólnej sytuacji na rynku, bo każdy porównuje aktualny stan z tym, co było wcześniej i w ten sposób wyrabia sobie zdanie na temat koniunktury. Zestawienie tych opinii pokazano na rys. 2, a komentarz do danych może chyba być taki, że dominuje umiarkowany optymizm. W porównaniu do analogicznych zestawień tworzonych na początku roku niestety widać spadek oczekiwań, przybyło też pesymistów uważających, że obecny rok fi rmy zamkną z ujemnymi wskaźnikami. Struktura produktowa i firmowa Na rysunku 3 pokazana została ocena, na które grupy produktów jest największy popyt na rynku. Naturalnie na szczycie zestawienia znalazły się modemy GSM, natomiast na kolejnym moduły Wi-Fi, co najprawdopodobniej wynika z zastosowań tej technologii w przemyśle oraz w wielu wyrobach stosowanych na styku elektroniki konsumenckiej i profesjonalnej. Trzecia pozycja przypadła układom i modemom radiowym, chociaż trzeba przyznać, że terminologia opisująca te urządzenia nie jest spójna i jednoznaczna oraz to, że w wielu obszarach poszczególne technologie bezprzewodowe silnie się przenikają, powoduje kłopoty z ich klasyfikacją. Rysunek 4 obrazuje wyniki głosowania w redakcyjnej ankiecie na fi rmy, które zdaniem specjalistów zajmujących się tytułową tematyką, mają najsilniejszą pozycję na rynku bezprzewodowych modułów M2M w Polsce.  Na czołowych pozycjach znalazły się przede wszystkim dostawcy modułów GSM, co jest zrozumiałe w świetle danych z rys. 3 i z pewnością są to znani dostawcy w kraju. Zaskoczeniem jest brak w czołówce dostawców produktów Motoroli, gdyż w kategorii „inne” ulokowali się głównie dostawcy związani z automatyką przemysłową. Urządzenia komunikacyjne dla automatyki są dostarczane przez wiele firm i mają charakter uzupełniający oferty. Tym samym nie są w stanie wybić się w tak ogólnym zestawieniu.  Pod nazwą Avnet zgrupowane zostały wszystkie wskazania związane z firmami należącymi do tej korporacji, a więc EBV, Silica i Avnet-Memec. Produkty Motoroli pojawiają się w kolejnym rankingu obrazującym najpopularniejszych producentów modułów GSM, których urządzenia są dostępne na rynku polskim (rys. 5). Marka SimCom oferowana jest przez Gammę, Wavecom przez Acte, a Cinterion (domena Elhurtu), to produkty pochodzące od Siemensa, który rok temu wydzielił ze swoich struktur biznes związany z technologiami M2M do spółki-córki o nazwie Cinterion Wireless Modules.  Działalność handlowa Rysunek 6 ilustruje wyniki głosowania przeprowadzonego w ankietach wartościującego poszczególne elementy oferty handlowej pod kątem ich znaczenia dla skutecznej sprzedaży. Na pierwszych dwóch pozycjach znalazły się cena i jakość, co jest naturalne dla naszego rynku, gdyż dla większości komponentów elektronicznych osią wyboru jest właśnie optymalny stosunek ceny do jakości. Mimo, że ceny modułów do komunikacji bezprzewodowej szybko spadają, to nadal stanowią znaczący, a niejednokrotnie dominujący składnik kosztów materiałów.  Jest to niestety jedna z najważniejszych przyczyn, dla których na rynku występuje sporo perturbacji. W porównaniu do innych opisywanych w raportach produktów, w opisywanej tematyce M2m uwagę zwraca wysokie znaczenie marki producenta, kompletnej oferty u dostawcy, a stosunkowo mała waga terminu dostawy. Dostawcy modułów komunikacyjnych zwracają uwagę na to, że osiągniecie sukcesu w sprzedaży wymaga sporych kompetencji technicznych. W ogromnej części są to produkty skomplikowane technicznie, wymagające wparcia po stronie oprogramowania projektowego i dostarczenia narzędzi deweloperskich. Dotyczy to zwłaszcza najbardziej złożonych wersji takich, które mają wbudowany procesor aplikacyjny, ale należy oczekiwać,że z czasem takich modułów na rynku będzie najwięcej. Kolejne dwa zestawienia pokazane na rysunkach 7 i 8 pokazują, w których grupach produktów jest największa konkurencja na rynku oraz które przynoszą dostawcą największe dochody. W obu zestawieniach w czołówce znajdują się produkty GSM, a kolejne pozycje zajmują na zmianę Wi-Fi z Bluetoothem. Patrząc na oba wykresy trzeba mieć na uwadze to, że transceivery radiowe zapewniające komunikację na niewielkie odległości stają się częścią mikrokontrolerów, są dostępne w formie hybrydowej, a w najprostszych rozwiązaniach budowane z elementów dyskretnych. Nie mają zatem tak jednoznacznie określonej pozycji przy przeglądaniu rynku. W strukturze opisywanych produktów są one także najtańsze i tym samym w zestawieniach pokazanych na rysunkach 7 i 8 musiały znaleźć się za całą skomplikowaną bezprzewodową elektroniką opartą na światowych standardach.  Ostatni rysunek 9 pokazuje, które branże są w kraju głównymi odbiorcami technologii M2M. Warto zwrócić uwagę na to, że na drugiej pozycji znalazła się działalność związana z ochroną mienia, gdzie moduły GSM są wykorzystywane do realizacji monitoringu systemów alarmowych i zastępują dotychczasowe rozwiązania opierające się na klasycznej linii telefonicznej i radioliniach opartych o modemy radiowe. Pozycja „dostawcy mediów” obejmuje zastosowania, w których łączność bezprzewodowa jest wykorzystywana do zdalnego odczytu liczników zużycia mediów takich jak woda, energia elektryczna itp. Ten obszar rynku jest bardzo perspektywiczny dla omawianych produktów i w przyszłości może stać się źródłem znacznych dochodów. Wynika to chociażby z planów zastąpienia wszystkich liczników energii elektrycznej wersjami elektronicznymi, planami budowy inteligentnej sieci elektrycznej (smart grid), jak też dużej wartości dodanej, jaką przynosi automatyzacja pracy inkasentów. Ochrona praw patentowych Standard łączności za pośrednictwem sieci komórkowych GSM jest technologią doskonale znaną na całym świecie, to samo dotyczy Wi- Fi i Bluetootha, co pozwala dowolnym firmom tworzyć produkty współpracujące z sieciami komórkowymi lub innymi produktami z wymienionych standardów, bez żmudnej inżynierii wstecznej, w tym również modemy dla potrzeb M2M. Niemniej wiele rozwiązań związanych dostępnych w omawianych technologiach zostało opatentowanych, więc taki niezależny producent modułów powinien właścicielom patentów zapłacić za licencję. Takie opłaty mogą sięgnąć nawet 20% ceny modułu, dlatego na bardzo konkurencyjnym rynku, nie wszyscy wypełniają ten obowiązek.  Tym bardziej, że patentów i właścicieli jest wiele, co utrudnia proste rozwiązanie tego obowiązku. Do sprawy patentów podchodzi się z różną uwagą w różnych rejonach świata, dlatego tanie moduły z nieopłaconą licencją IPR (Intellectual Property Rights) mogą być sprzedawane z sukcesem w krajach, gdzie do spraw IP podchodzi się dość luźno, ale w Europie i USA już nie. Wielu dostawców informuje, że ich modemy GSM mają uregulowany status IPR, niemniej nie jest to u nas popularny temat taki, który pojawia się w reklamach i kartach katalogowych na witrynach internetowych. Archiwum raportów Wcześniejsze raporty „Elektronika” są dostępne na stronie: www.ElektronikaB2B. pl. Czytelnikom oferujemy bezpłatną prenumeratę wydania elektronicznego, która jest doskonałym sposobem archiwizowania starych numerów „Elektronika”. Zachęcamy do zaprenumerowania e- -wydania „Elektronika”. Bezpłatną prenumeratę w postaci plików PDF można zamówić na: www. elektronikaB2B.pl/eprenumerata. Archiwum raportów W tabeli 4 został zamieszczony plan raportów, jakie ukażą się w „Elektroniku” w ciągu najbliższych miesięcy. Firmy zainteresowane otrzymaniem ankiety i uczestnictwem w raporcie mogą zgłosić się do nas już teraz, co da gwarancję otrzymania ankiety w terminie. Ankiety rozsyłamy pocztą elektroniczną. Zgłoszenia prosimy nadsyłać na adres: raport@elektronik.com.pl . Nawet w redakcyjnych ankietach pole z pytaniem o IPR to nie zostało zaznaczone przez fi rmy, które sprzedają produkty z opłaconą licencją.  Zapewne tak jest dlatego, że nikt nie wierzy w możliwość ukarania producenta OEM wykorzystującego moduły komunikacji bezprzewodowej bez opłaconego IPR i nie interesuje się tą tematyką, uważając że jest to obowiązek obciążający wyłącznie producentów. Za produkowanie niezgodne z wymaganiami RoHS, wprowadzanie na rynek sprzętu niespełniającego wymagań w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej też są kary i zagrożenie nimi jest bardziej realne, a mimo to nie słychać, aby ktoś został nimi obciążony lub musiał wycofywać wyroby ze sprzedaży. W efekcie sprawa IPR pojawia się czasami w wiadomościach, głównie od strony firm posiadających patenty związane z tą technologią i jednocześnie produkujących moduły komunikacyjne, które próbują wpłynąć na decyzje klientów naświetlając tą tematykę.Bez względu na okoliczności i krajowe uwarunkowania trzeba być świadomym problemów, jakie mogą wynikać z IPR i wiedzieć, z czego mogą wynikać różnice w cenach. Zestawienie ofert Przegląd ofert krajowych dostawców modułów do bezprzewodowej komunikacji M2M zamieszczony został w tabelach 1 i 2. Składają się one z sześciu części poświęconych po kolei poszczególnym grupom produktów: modułom i modemom GSM, Wi-Fi, Bluetooth oraz modułom i modemom radiowym.  Ostatnie dwie pozycje w tabeli zawierają przegląd wspólnych parametrów technicznych dla wszystkich modułów, związanych głównie z dostępnymi zasobami sprzętowymi dla potrzeb aplikacji użytkownika oraz typowych funkcji użytkowych. W stosunku do poprzedniego opracowania na ten temat, jakie pojawiło się w Elektroniku 11/2006, niniejszy raport rozbudowany został o pozycje poświęcone modułom Bluetooth i Wi-Fi, dzięki czemu tabele odzwierciedlają zmiany dziejące się na rynku. Majowy raport koncentruje się na najbardziej aktualnych zjawiskach panujących w branży M2M, niemniej szereg innych obserwacji sprzed trzech lat pozostaje nadal aktualna. Dlatego osoby, które chciałyby dowiedzieć się więcej o rynku prosimy o przejrzenie archiwalnego wydania, które jest dostępne na naszym portalu www.elektronikab2b.pl.  Robert Magdziak