Examinando IoT celular:custo, bateria e dados

Existem muitas tecnologias sem fio máquina a máquina (M2M) diferentes por trás da Internet das Coisas (IoT). Uma dessas tecnologias é a rede celular. Em 1979, a Nippon (uma empresa japonesa) criou a primeira rede celular automatizada comercial. Nos 36 anos desde então, as redes celulares evoluíram de uma simples comunicação de voz sem fio para recursos complexos de banda larga.

Hoje, as redes celulares são projetadas principalmente para dispositivos móveis e, portanto, adaptadas para chamadas de voz e vídeo e outros aplicativos de alta taxa de dados. Eles foram otimizados para esses padrões de uso de banda larga. Por causa de sua ampla cobertura, os desenvolvedores de IoT estão se voltando para o celular para oferecer suporte a seus aplicativos. Mas isso é uma boa ideia? O celular é adequado para a maioria dos dispositivos M2M conectados? Existe uma alternativa melhor? Examinaremos essas questões (e mais) neste artigo.

Elementos da IoT celular

Infraestrutura

Talvez o benefício mais comumente citado do uso de IoT celular seja a cobertura onipresente. As torres de celular já estão instaladas em todos os lugares e as principais redes cobrem cerca de 99% da população dos EUA. Portanto, se você deseja implantar sua rede de sensores na queda de um chapéu, as redes de celular estão prontamente disponíveis.

Redes de baixa energia e área ampla (LPWA), que foram projetadas para aplicativos de IoT de baixa taxa de dados, devem ser instaladas e implantadas para serem operáveis. Mas a consideração que muitos engenheiros e desenvolvedores de IoT esquecem é que essas redes normalmente não precisam cobrir mais do que alguns quilômetros quadrados de distância. Se você precisar de uma rede para cobrir um prédio comercial, um campus escolar ou uma fazenda, poderá fazer isso de forma eficaz com uma rede LPWA usando apenas alguns gateways. Portanto, se você estiver disposto a instalar seus próprios gateways ou aguardar a instalação de uma rede pública LPWA, a ampla vantagem geográfica da IoT celular se torna menos crítica.

Vida útil da bateria

As redes celulares ganharam implantação significativa no espaço IoT quando as redes 2G foram criadas. O motivo pelo qual os desenvolvedores de aplicativos e operadoras de rede gostaram do 2G foi a arquitetura armazenar e encaminhar . Os rádios poderiam acordar, enviar seus dados, receber dados para eles e voltar a dormir. Isso economizou uma grande quantidade de bateria, porque o rádio não precisava ficar o tempo todo esperando por mensagens.

Quando 3G e 4G foram criados, a arquitetura de armazenamento e encaminhamento foi removida e substituída por uma abordagem sempre ativa. Isso significa que o rádio está sempre ouvindo uma mensagem que avisa o dispositivo quando ele está recebendo uma nova informação. Por causa dessa comunicação quase constante com a rede, a vida útil da bateria é prejudicada.

Com uma rede LPWA, os sensores hibernam e despertam quando precisam enviar pacotes de dados. Como o rádio fica inativo na maior parte do tempo, isso permite que as baterias durem entre cinco e 10 anos (dependendo da tecnologia). Os provedores de celular reconheceram que a vida útil da bateria é uma preocupação para aqueles no espaço IoT e entendem que o celular é insuficiente para bits muito pequenos de dados. Em resposta a essas preocupações, eles propuseram um novo protocolo chamado LTE-M. Em uma reviravolta interessante, ele foi projetado para trazer de volta alguns dos elementos da transmissão celular 2G, como armazenar e encaminhar.

É importante observar que, mesmo se esses recursos retornarem, os dispositivos M2M conectados por celular ainda requerem muito mais potência e energia do que as redes LPWA. Os requisitos de energia somente para dados 4G-LTE são dez vezes mais para transmissão (~ 120mA vs. ~ 12mA) e 1000 vezes mais para standby (~ 2 miliamperes vs. ~ 2 microampères) do que os novos sistemas de rede LPWAN emergentes. Este é um desafio que as operadoras de celular terão que enfrentar.

O LTE-M deve ser proposto no final do ano que vem e, então, precisará ser ratificado e adotado. Provavelmente veremos as primeiras iterações para LTE-M no final de 2017 ou 2018. Então, se você precisa de uma solução que seja mais eficiente em bateria agora (ou nos próximos três anos ou mais), você provavelmente deve olhar para baixo consumo de energia, ampla redes de área.

Transmissão de dados

Quando se trata das últimas iterações de celular - 4G e LTE - existem 44 bandas nas quais as operadoras podem transmitir. Portanto, quando um dispositivo tenta fazer uma conexão, há bastante largura de banda potencial.

Mas lembre-se, as redes LTE são projetadas para banda larga comunicações. Eles são otimizados para voz e dados de alta qualidade, incluindo recursos de vídeo, como assistir Netflix ou fazer ligações FaceTime. Gostamos de descrever isso como uma enorme rodovia de 8 pistas completamente cheia de caminhões basculantes projetados para transportar big data. Então, o que acontece quando você não precisa do big data movido - você só precisa enviar pequenos pacotes de dados? Bem, em vez de esses caminhões basculantes ficarem cheios até a borda, eles têm apenas uma pá cheia de dados. Claramente, este seria um esquema de transporte muito ineficiente.

É importante lembrar que muitos aplicativos M2M estão enviando menos de algumas centenas de bytes todos os dias. Um painel de alarme, por exemplo, envia apenas 40 bytes por dia. Mesmo que você presuma que um dispositivo está enviando 30 bytes por hora, isso significa apenas 22 kilobytes por mês. Isso é substancialmente menos do que os planos de dados das empresas de celular, que se destinam a gigabytes de dados.

Então, seguindo nossa analogia, o que você realmente A necessidade de uma rede baseada em sensores e muitos dos novos aplicativos de IoT não é uma rodovia de 8 pistas repleta de grandes cargas de dados - você só precisa de uma ciclovia! Isso é o que as redes LPWA fornecem:uma maneira eficiente de movimentar pequenas quantidades de dados. Lembre-se, quando você pensa na Internet das Coisas como um todo, você não está falando sobre algumas centenas de rádios com sensores - você está falando sobre dezenas de bilhões de dispositivos. E se todos esses dispositivos aparecessem em uma rede LTE amanhã rodando TCP / IP, isso destruiria completamente a rede.

Custo de IoT celular

Custos do Módulo

Um módulo LTE comprado em alto volume custará entre $ 25 e $ 30. Um módulo LPWA comprado em alto volume custará cerca de $ 10. Conforme as redes LPWA amadurecem - nos próximos três anos - o preço por módulo deve cair entre US $ 5 e US $ 10. Essa diferença de $ 10 pode ser muito de dinheiro quando ele é multiplicado pelos milhares (ou milhões) de módulos que podem ser necessários.

Taxas recorrentes

As redes LPWA que estão sendo implantadas hoje (principalmente na Europa) estão cobrando na faixa de alguns dólares por ano. Compare isso com as taxas de dados de celular hoje - na faixa de alguns dólares por mês - e você verá uma grande diferença quando começar a multiplicar esses números pelos milhões de dispositivos implantados. Lembre-se, se você estiver implantando sua própria infraestrutura, como muitas organizações fazem para seus aplicativos LPWA, não há um custo mensal recorrente.

Taxas diversas

A outra coisa a se ter em mente com alguns sistemas celulares é que existem outros custos, como taxas de SIM, encargos para ativação e desativação e muito mais. Esses tipos de mudanças podem aumentar se os usuários não tomarem cuidado. Além disso, algumas redes cobrarão dos usuários se eles estão transmitindo dados ou não. As redes LPWA podem fazer a mesma coisa, mas o custo é muito mais baixo que pode ser uma taxa nominal.

Que tipo de rede é melhor?

No final, você precisa determinar o quê tipo dos dados que você está enviando e como muito dados que você está enviando, para que possa selecionar a ferramenta certa para o trabalho. Seguindo a analogia acima, se seus aplicativos usam um caminhão basculante de dados, a IoT celular pode ser a direção que você deseja seguir. Mas se você estiver usando apenas pequenas quantidades de dados - uma pá cheia no dito caminhão basculante - seria melhor pegar a ciclovia e usar uma rede LPWA.

Também é importante notar que celular e LPWA não são os únicos tipos de redes M2M disponíveis. Na verdade, nós escrevemos um white paper sobre as sete redes M2M mais populares e sugerimos que você dê uma olhada para entender melhor qual opção de rede é mais adequada à sua organização.