Komórkowe i hybrydowe IoT: skalowalne rozwiązania dla firm

Jednak w rzeczywistych wdrożeniach IoT coraz mniej chodzi o LoRaWAN czy sieć komórkową, a bardziej o to, jak zaprojektować odpowiednią architekturę łączności dla pełnego cyklu życia urządzenia.

W Com4 widzimy, że wielu klientów, którzy zaczęli od LoRaWAN, zmierza w kierunku komórkowego IoT - albo jako podstawowej technologii łączności, jako awaryjnej, albo jako części architektury hybrydowej. Powodem nie jest to, że LoRaWAN jest "zła". W wielu przypadkach jest to bardzo dobra technologia. Powodem jest to, że wdrożenia IoT ewoluują. To, co zaczyna się jako lokalny projekt czujnika, może szybko stać się krajowym lub międzynarodowym wdrożeniem, z nowymi wymaganiami dotyczącymi zasięgu, niezawodności, zdalnego zarządzania, mobilności, bezpieczeństwa, aktualizacji oprogramowania układowego i kontroli operacyjnej.

LoRaWAN i komórkowy IoT należą do szerszego krajobrazu LPWAN. LoRaWAN to protokół sieciowy LPWA zaprojektowany do łączenia urządzeń zasilanych bateryjnie z Internetem w sieciach regionalnych, krajowych lub globalnych, podczas gdy LTE-M i NB-IoT to technologie komórkowe LPWA znormalizowane dla przypadków użycia IoT.

Dlaczego debata LoRaWAN vs Cellular jest zbyt prosta?

LoRaWAN i komórkowy IoT są często porównywane tak, jakby rozwiązywały ten sam problem w ten sam sposób. Tak jednak nie jest.

LoRaWAN jest często atrakcyjna, gdy urządzenia są stacjonarne, wysyłają małe pakiety danych, działają na baterii i są rozmieszczone w określonym obszarze, w którym infrastruktura bramy jest dostępna lub może zostać zainstalowana. Komórkowy IoT jest często lepszym rozwiązaniem, gdy urządzenia potrzebują szerszego zasięgu, mobilności, roamingu, łatwiejszego skalowania w różnych regionach lub bezpośredniego połączenia z zarządzanymi sieciami komórkowymi.

Wyzwanie polega na tym, że wiele projektów IoT zmienia się po pierwszym wdrożeniu.

Firma może zacząć od czujników środowiskowych w jednym obiekcie. Następnie rozwiązanie rozszerza się na setki lokalizacji. Projekt inteligentnego budynku może rozpocząć się od monitorowania wewnątrz, a następnie wymagać alarmów, integracji i oczekiwań dotyczących poziomu usług. Projekt dotyczący mediów lub pomiarów może rozpocząć się w jednym regionie, a następnie wymagać łączności w wielu krajach. Rozwiązanie logistyczne może przejść od czujników stacjonarnych do zasobów mobilnych.

W tym miejscu wielu klientów odkrywa, że model łączności, który działał w pilotażu, nie zawsze obsługuje potrzeby operacyjne skalowanego wdrożenia.

Co LoRaWAN robi dobrze

LoRaWAN jest silną opcją dla wielu przypadków użycia IoT o niskim poborze mocy. Została zaprojektowana z myślą o komunikacji dalekiego zasięgu, niskim zużyciu energii i niewielkich ładunkach danych. Może być szczególnie przydatna w inteligentnych budynkach, rolnictwie, monitorowaniu środowiska, usługach komunalnych i prywatnych sieciach czujników.

Kluczowe zalety obejmują:

Niskie zużycie energii
Urządzenia LoRaWAN mogą działać przez lata na baterii, w zależności od typu czujnika, częstotliwości transmisji i warunków sieciowych.

Duży zasięg
LoRaWAN może obsługiwać komunikację na dużym obszarze, szczególnie w środowiskach wiejskich lub otwartych.

Kontrola sieci prywatnej
Firmy mogą budować prywatne sieci LoRaWAN, w których kontrolują bramki i lokalny zasięg.

Efektywność kosztowa dla lokalnych wdrożeń
W przypadku dużej liczby prostych czujników w jednym określonym obszarze, LoRaWAN może być opłacalna.

Dobre dopasowanie do małych, okresowych danych
Temperatura, wilgotność, zajętość, jakość powietrza, warunki glebowe, odczyty liczników i proste komunikaty o stanie to typowe przykłady.

LoRaWAN nie znika zatem z IoT. Pozostaje wartościowa. Ma jednak również ograniczenia, które stają się bardziej widoczne w miarę skalowania wdrożeń.

Gdzie LoRaWAN może stać się wyzwaniem

Pierwszym wyzwaniem jest infrastruktura. Zasięg LoRaWAN zależy od bramek. Jeśli urządzenie znajduje się poza zasięgiem bramy, dane nie docierają. W przypadku sieci prywatnych ktoś musi zaplanować, zainstalować, obsługiwać, utrzymywać i zabezpieczać infrastrukturę bramy.

Drugim wyzwaniem jest mobilność. LoRaWAN zwykle lepiej nadaje się do urządzeń stacjonarnych lub o niskiej mobilności. W przypadku zasobów przemieszczających się między regionami, granicami, budynkami lub środowiskami sieci komórkowych, komórkowy IoT jest często bardziej niezawodny.

Trzecim wyzwaniem jest skalowalność operacyjna. Gdy wdrożenie rozrasta się z jednej lokalizacji do setek lub tysięcy lokalizacji, umieszczanie bram, rozwiązywanie problemów, konserwacja sieci i wsparcie mogą stać się bardziej złożone.

Czwartym wyzwaniem jest zarządzanie danymi i urządzeniami. Wiele nowoczesnych urządzeń IoT potrzebuje czegoś więcej niż tylko okresowych komunikatów. Mogą one wymagać zdalnej diagnostyki, aktualizacji konfiguracji, alarmów, aktualizacji zabezpieczeń lub aktualizacji oprogramowania układowego. Komórkowy IoT jest często lepszym rozwiązaniem, gdy urządzenie wymaga bardziej elastycznej komunikacji dwukierunkowej i szerszego zasięgu.

Dlaczego wielu klientów przechodzi z LoRaWAN na sieć komórkową?

W Com4 często spotykamy klientów, którzy zaczęli od LoRaWAN, ponieważ wydawało się to najprostszą lub najtańszą opcją. Z czasem wielu z nich przechodzi na sieć komórkową, ponieważ zmieniają się ich potrzeby.

Najczęstsze powody to:

Potrzebują zasięgu poza prywatną siecią bram
Rozwiązanie, które działa dobrze w jednym budynku, gospodarstwie lub mieście, może wymagać pracy w wielu lokalizacjach. Komórkowy IoT pozwala urządzeniom łączyć się za pomocą istniejącej infrastruktury mobilnej, zamiast polegać na bramach zarządzanych przez klienta.

Potrzebują mobilności
W przypadku pojazdów, kontenerów, maszyn, sprzętu i zasobów mobilnych LTE-M jest często lepszym rozwiązaniem, ponieważ obsługuje mobilność i przekazywanie.

Potrzebują łatwiejszego skalowania międzynarodowego
Gdy urządzenia są wdrażane w różnych krajach, komórkowy IoT może uprościć zarządzanie łącznością dzięki globalnym kartom SIM IoT, umowom roamingowym oraz jednej platformie do monitorowania i kontroli.

Potrzebują bardziej niezawodnych operacji zdalnych
Jeśli urządzenie ma krytyczne znaczenie dla firmy, klient często potrzebuje przewidywalnej łączności, zdalnego rozwiązywania problemów i bezpiecznego dostępu do danych urządzenia.

Potrzebują aktualizacji oprogramowania sprzętowego i zarządzania cyklem życia urządzenia
W miarę jak urządzenia stają się coraz bardziej zaawansowane, łączność musi obsługiwać więcej niż tylko odczyty czujników. Sieć komórkowa umożliwia bezpieczne aktualizacje, diagnostykę i zmiany konfiguracji bez fizycznego dostępu.

Chcą mieć mniej obowiązków związanych z infrastrukturą
Obsługa bram, zarządzanie wydajnością sieci lokalnej i rozwiązywanie problemów z lukami w zasięgu może stać się obciążeniem. Komórkowy IoT przenosi znaczną część odpowiedzialności za sieć na istniejącą infrastrukturę mobilną.

Komórkowy IoT: Więcej niż "tradycyjne dane mobilne"

Komórkowy IoT to nie tylko standardowa mobilna sieć szerokopasmowa. Technologie takie jak LTE-M i NB-IoT zostały zaprojektowane dla urządzeń IoT, które wymagają niskiego zużycia energii, rozszerzonego zasięgu i długiego czasu pracy na baterii. Zarówno LTE-M, jak i NB-IoT obsługują funkcje oszczędzania energii IoT, takie jak PSM i eDRX, które pomagają urządzeniom zmniejszyć zużycie energii poprzez uśpienie, gdy nie komunikują się aktywnie.

LTE-M

LTE-M jest często dobrym wyborem dla urządzeń IoT, które wymagają niskiego zużycia energii, mobilności, lepszych szybkości transmisji danych niż NB-IoT i obsługi roamingu. Dobrze nadaje się do śledzenia zasobów, alarmów, terminali płatniczych, urządzeń medycznych, urządzeń przemysłowych i mobilnych produktów IoT.

NB-IoT

NB-IoT jest przeznaczony do zastosowań o bardzo niskim poborze mocy i małej ilości danych, zwłaszcza w urządzeniach stacjonarnych. Może być przydatny w przypadku inteligentnych liczników, czujników i urządzeń znajdujących się głęboko w pomieszczeniach lub w trudno dostępnych miejscach. GSMA opisuje NB-IoT jako ustandaryzowaną przez 3GPP technologię LPWA dla szerokiej gamy urządzeń i usług IoT.

LTE Cat 1 bis

Dla urządzeń, które potrzebują większej przepustowości niż LTE-M lub NB-IoT, LTE Cat 1 bis może być praktyczną alternatywą. Obsługuje wyższe szybkości transmisji danych, a jednocześnie jest prostsze i bardziej opłacalne niż tradycyjne moduły LTE o wysokiej przepustowości.

LoRaWAN a sieć komórkowa: Praktyczne porównanie

Model hybrydowy: Najlepsze z obu rozwiązań

W przypadku niektórych wdrożeń najlepszym rozwiązaniem nie jest całkowite zastąpienie LoRaWAN siecią komórkową. Najlepszym rozwiązaniem jest ich połączenie.

Architektura hybrydowa może wykorzystywać LoRaWAN do lokalnej komunikacji z czujnikami i sieć komórkową do przesyłu wstecznego, awaryjnego lub zdalnego dostępu. Jest to szczególnie istotne, gdy wiele czujników o niskim poborze mocy jest rozmieszczonych lokalnie, ale dane nadal muszą niezawodnie docierać do chmury.

Przykłady obejmują:

Inteligentne budynki

Czujniki LoRaWAN mogą zbierać dane na temat jakości powietrza, obecności, temperatury, zużycia energii lub wycieków. Brama komórkowa może bezpiecznie wysyłać zagregowane dane do chmury, zmniejszając zależność od lokalnych sieci IT.

Inteligentne rolnictwo

LoRaWAN może łączyć wiele czujników w całym gospodarstwie, podczas gdy komórkowy backhaul łączy bramy z platformami chmurowymi tam, gdzie dostępny jest zasięg.

Usługi użyteczności publicznej i pomiary

Liczniki mogą komunikować się lokalnie za pośrednictwem LoRaWAN, podczas gdy sieć komórkowa zapewnia łączność na dużym obszarze dla zagregowanych danych.

Obiekty przemysłowe

Czujniki mogą komunikować się lokalnie, podczas gdy sieć komórkowa umożliwia bezpieczne zdalne monitorowanie i zmniejsza potrzebę łączenia systemów IoT z korporacyjnymi sieciami IT.

Łączność awaryjna

Jeśli zasięg LoRaWAN jest niedostępny lub niestabilny, sieć komórkowa może zapewnić zapasową ścieżkę dla krytycznych danych.

Perspektywa Com4: Łączność powinna pasować do przypadku biznesowego

Najważniejszym pytaniem nie jest "Która technologia jest najlepsza?". Lepszym pytaniem jest:

Co urządzenie musi robić dzisiaj, a co będzie musiało robić za trzy, pięć lub dziesięć lat?

Czujnik, który wysyła odczyt temperatury tylko dwa razy dziennie ma inne potrzeby niż mobilny tracker zasobów. Urządzenie zainstalowane w jednym budynku ma inne potrzeby niż produkt sprzedawany w całej Europie. Pilotaż z 50 urządzeniami ma inne wymagania niż komercyjne wdrożenie z 50 000 urządzeń.

W Com4 pomagamy klientom ocenić pełny obraz łączności:

• Gdzie zostaną wdrożone urządzenia?
• Czy są stacjonarne czy mobilne?
• Jak często wysyłają dane?
• Jak dużo danych wysyłają?
• Czy potrzebują aktualizacji oprogramowania sprzętowego?
• Czy potrzebują roamingu?
• Jaka jest wymagana żywotność baterii?
• Kto będzie obsługiwał infrastrukturę sieciową?
• Co się stanie w przypadku awarii łączności?
• W jaki sposób rozwiązanie będzie skalowane na skalę międzynarodową?

W tym miejscu komórkowy IoT często staje się silniejszym długoterminowym wyborem. Daje to firmom zarządzaną, skalowalną i bezpieczną podstawę łączności, która może obsługiwać cały cykl życia urządzenia.

Kiedy LoRaWAN jest właściwym wyborem

LoRaWAN może być właściwym wyborem, gdy:

• Urządzenia są stacjonarne.
• Ładunki danych są małe.
• Żywotność baterii jest najwyższym priorytetem.
• Obszar wdrożenia jest jasno określony.
• Dostępna jest infrastruktura bramy.
• Klient chce prywatnej sieci lokalnej.
• Komunikacja w czasie rzeczywistym nie jest krytyczna.
• Uzasadnienie biznesowe zależy od bardzo niskich stałych kosztów łączności.
  
  

Kiedy sieć komórkowa jest właściwym wyborem

Komórkowy IoT jest często właściwym wyborem, gdy:

• Urządzenia przemieszczają się między lokalizacjami.
• Potrzebny jest zasięg w różnych regionach lub krajach.
• Wdrożenie musi być szybko skalowalne.
• Firma nie chce zarządzać bramami.
• Urządzenia wymagają zdalnych aktualizacji lub diagnostyki.
• Łączność musi być monitorowana centralnie.
• Bezpieczeństwo danych i uwierzytelnianie oparte na karcie SIM są ważne.
• Cykl życia urządzenia jest długi i wymaga elastyczności w przyszłości.
• Rozwiązanie ma krytyczne znaczenie komercyjne.

Typowe przykłady obejmują śledzenie zasobów, podłączone maszyny, alarmy, rozwiązania płatnicze, urządzenia medyczne, inteligentną infrastrukturę miejską, monitoring przemysłowy, ładowanie pojazdów elektrycznych, systemy energetyczne i logistykę.

Przyszłościowa łączność IoT

Wiele projektów IoT kończy się niepowodzeniem nie dlatego, że urządzenie jest niewłaściwe, ale dlatego, że model łączności nie został zaprojektowany z myślą o skali.

Udane wdrożenie IoT musi być niezawodne nie tylko w laboratorium, ale także w terenie. Musi działać w budynkach, piwnicach, na obszarach wiejskich, w miastach, na granicach i w zmieniających się warunkach sieciowych. Musi obsługiwać wdrażanie, rozwiązywanie problemów, bezpieczeństwo, fakturowanie, kontrolę wykorzystania danych i zarządzanie cyklem życia.

Właśnie dlatego przyszłościowe rozwiązania mają znaczenie.

Dla wielu firm komórkowy IoT stanowi podstawę potrzebną do przejścia z fazy pilotażowej do produkcyjnej. Dla innych, LoRaWAN pozostaje cenna lokalnie, podczas gdy sieć komórkowa wzmacnia rozwiązanie poprzez backhaul, rozwiązania awaryjne lub zasięg międzynarodowy.

Przyszłość łączności IoT nie jest uniwersalna. Jest zintegrowana, elastyczna i dostosowana do konkretnych zastosowań.

Wyjście poza LoRaWAN i sieć komórkową

LoRaWAN i komórkowy IoT są ważnymi technologiami. LoRaWAN doskonale sprawdza się w lokalnych sieciach czujników o niskim poborze mocy i małej ilości danych. Komórkowy IoT jest potężny dla skalowalnych, mobilnych, bezpiecznych i zarządzanych wdrożeń.

Jednak najsilniejsze strategie IoT często wykraczają poza proste porównanie.

Wielu klientów Com4 przechodzi z LoRaWAN na sieć komórkową, ponieważ potrzebują większego zasięgu, niezawodności, mobilności, zdalnego zarządzania i skalowalności. Inni łączą LoRaWAN i sieć komórkową, aby uzyskać to, co najlepsze z obu światów.

Właściwa odpowiedź zależy od przypadku użycia, modelu biznesowego i długoterminowego planu wdrożenia.

W Com4 pomagamy firmom projektować łączność IoT, która działa nie tylko dla pierwszego urządzenia - ale dla następnego tysiąca, następnego rynku i pełnego cyklu życia rozwiązania.