W oczekiwaniu na komórkową rewolucję w IoT

Jednak zdecydowana większość aplikacji jeszcze przez wiele lat nie będzie wymagała takiej prędkości przesyłu danych, a dużo większe znaczenie będzie miała możliwość funkcjonowania dużej liczby urządzeń oraz podłączenia do sieci na jak największym obszarze - tu z pomocą może przyjść NB-IoT, nowo zatwierdzony standard komunikacji komórkowej, którego głównym celem jest sprostanie wszystkim oczekiwaniom i wymogom Internetu Rzeczy.

NB-IoT

Fot. 1. Moduł BC95

Standard NB-IoT został zatwierdzony w czerwcu 2016, zaledwie po 9 miesiącach pracy, przez stowarzyszenie 3GPP, które zrzesza najbardziej liczące się organizacje zajmujące się tworzeniem rozwiązań telekomunikacyjnych. Duże tempo prac wskazuje istnienie ogromnego popytu na tego typu usługę. Pełna nazwa standardu to LTE Cat NB1 (NB-IoT) Release 13. Łączy on wszystkie cechy, które są utożsamiane z ideą Internetu Rzeczy (IoT), a więc:

• wąskie pasmo radiowe, co wskazuje na zmniejszenie prędkości połączenia kosztem większej możliwej liczby jednoczesnych połączeń i zasięgu,
• wysoka sprawność energetyczna komunikacji,
• szeroka dostępność i niski koszt modułów.

Maksymalna szybkość komunikacji możliwa do uzyskania w tym rozwiązaniu to 200 kbps DL. Uzyskuje się ją przy zajęciu pasma o szerokości jedynie 200 kHz (przy LTE Cat. 4 jest to aż 20 MHz). Wąskopasmowa praca pozwala na zdecydowanie większe skupienie urządzeń na małym obszarze, co w przypadku IoT jest kluczowym czynnikiem.

Potencjał całego rynku IoT w przeciągu najbliższych lat urośnie nawet do kilkudziesięciu miliardów urządzeń, z czego sporą część będą stanowiły właśnie moduły działające w oparciu o sieć telefonii komórkowej.

Wysoka sprawność energetyczna modułów działających w NB-IoT będzie wynikała głównie z parametru DRx, definiującego okres pomiędzy następującymi po sobie wybudzeniami modułu z głębokiego uśpienia w celu zsynchronizowania działania z siecią.

Poprzez znaczne wydłużenie tego parametru można w znaczący sposób wydłużyć czas pracy z baterii. Według opracowania przygotowanego przez 3GPP, realne jest nawet 10 lat działania bez konieczności wymiany baterii o pojemności 5 Wh - co jest nieosiągalne w obecnych rozwiązaniach GSM/UMTS/LTE.

Infrastruktura

Aby przyspieszyć wejście w życie NB-IoT China Unicom, jeden z największych operatorów telekomunikacyjnych na świecie, we współpracy z Huawei Technology otworzył w Szanghaju NB-IoT open lab - projekt mający na celu promocję standardu i przyspieszenie prac związanych z wdrożeniem gotowych modułów oraz rozwiązań.

Urządzenia z NB-IoT będą mogły być wykorzystywane zarówno w ramach dzisiejszej infrastruktury LTE oraz jako niezależna usługa, w zamyśle mająca docelowo zastąpić technologię GSM. Przewidziane zostały 3 tryby pracy:

• stand alone - na osobnej infrastrukturze,
• guard band - wykorzystujący zarezerwowane obszary widma między pasmami w obrębie LTE, pierwotnie istniejące w celu przeciwdziałania zakłóceniom międzykanałowym,
• in-band - wykorzystujący wąską część standardowego pasma LTE.

Największym problemem ograniczającym na razie tempo rozwoju technologii LTE jest wysoki koszt modułów. Z racji ich zwiększonej złożoności oraz wyższych kosztów licencyjnych są one nawet o rząd wielkości droższe w stosunku do modułów GSM/GPRS. Warto więc odnotować, że moduły NB-IoT będą charakteryzować się dużo mniejszą złożonością (patrz tabela), a przez to ich cena będzie zbliżona do obecnych cen modułów 2G.

Można też dodać, że operatorzy albo bardzo niechętnie podchodzą do rozbudowy i modernizacji sieci 2G, albo wręcz przymierzają się do jej ograniczania - jest to spowodowane głównie kwestią położenia większego nacisku na bardziej przyszłościowe rozwiązania (3G oraz LTE), których rozwój jest aktualnie bardzo dynamiczny.

Świadczy to o istnieniu rzeczywistego zapotrzebowania na NB-IoT, a jego wdrożenie z pewnością będzie motorem dla całego rynku elektroniki przemysłowej oraz użytkowej, ze szczególnym naciskiem na smart metering, automatykę budynkową, tracking, smart city oraz wszelkiego rodzaju czujniki.

Moduły komunikacyjne

Jednym z pierwszych modułów komunikacyjnych, który będzie dostępny na rynku dla NB-IoT, jest BC95 firmy Quectel. Ma on wymiary 19,9×23,6×2,2 mm i został umieszczony w obudowie LCC. Jest on funkcjonalnie podobny do popularnego modułu M95 i jak można się domyślać, oba te moduły będą w tej samej ścieżce migracyjnej, to znaczy będzie można w prosty sposób przygotować aplikację do obsługi obu modułów wymiennie.

Próbki modułów powinny być dostępne na przełomie 2016 i 2017 roku. W pierwszej kolejności zostaną one przekazane operatorom, aby mogli odpowiednio przygotować infrastrukturę. Kolejne próbki zostaną przekazane do testowania klientom.

Więcej informacji na temat produktów marki Quectel można znaleźć na nowej stronie www.quectel-pl.com lub kontaktując się z firmą Elhurt, która jest oficjalnym dystrybutorem tej marki. Próbki modułu BC95 można zamówić przedpremierowo - zostaną one do Was wysłane niezwłocznie po otrzymaniu próbek od producenta.

Piotr Choczyński
inżynier aplikacyjny
Elhurt Sp. z o.o.
www.elhurt.com.pl