Почему умным вещам нужен свой Интернет.

С самого зарождения идеи IoT (Internet of Things) возникла проблема связи между устройствами, причем связи беспроводной. Действительно, концепция IoT подразумевает связь между миллиардами устройств и связать их проводами просто немыслимо. Решению проблемы связи было уделено не меньшее внимание, чем разработке самих устройств. Для этого необходимо было решить много проблем, как аппаратных, так и программных. Традиционные решения, используемые в привычном нам Интернете, не подходят, т.к. Интернет Вещей имеет свою специфику работы и отличительные черты. Основными из них являются:
  • высокие требования к энергосбережению, т.к. устройства должны иметь возможность работать годами от батарейного питания;
  • большое количество устройств, обслуживаемое одним шлюзом;
  • обеспечение максимально возможной зоны покрытия одним шлюзом.
Эти условия предъявляют специальные требования ко всем элементам инфраструктуры связи IoT. Для обеспечения низкого расхода электроэнергии устройством необходимо реализовать возможность режима сна, в котором устройство потребляет минимальное количество энергии. Кроме того, необходимо обеспечить передачу информации с минимальными накладными расходами, т.е. размер пакета информации должен быть минимальным, чтобы устройство находилось в режиме передачи минимальное время и не расходовало энергию. При этом решается и вторая проблема – количество устройств, обслуживаемое одним шлюзом. Так как связь происходит посредством радиоканала в узком диапазоне частот, то этот канал используется тысячами устройств. Понятно, что если они будут передавать одновременно, то их сигналы будут заглушать друг друга. А чем меньше размер пакета данных, тем короче время, в течении которого устройство будет находиться в эфире, тем быстрее оно сможет освободить канал и, следовательно, тем большее количество устройств может быть обслужено одним шлюзом.
Для решения третьей проблемы – обеспечить максимально возможную зону покрытия, необходимо реализовать возможность выделять полезный сигнал на фоне сильной зашумленности канала.
Энтузиастами и коммерческими компаниями было разработано много протоколов и технологий так или иначе решающих эти проблемы. Некоторые, например, LoRa, нашли широкое применение и были запатентованы. LoRa объединила в себе метод модуляции в беспроводных сетях и открытый протокол LoRaWAN. На ее базе было развернуто много частных и публичных сетей разного уровня качества сервиса. У технологии LoRa есть несколько основных достоинств:
  • невысокая стоимость оборудования;
  • простота в настройке и использовании;
  • хорошая дальность приема-передачи, благодаря алгоритму, позволяющему выделять сигнал на 10db слабее уровня шума;
  • возможность работы в не лицензируемой полосе частот. Т.е. для разворачивания сети LoRa не требуется получать лицензию у контролирующих органов.
Благодаря всем этим качествам, сети LoRa получили широкое распространение и было разработано и выпущено на рынок большое разнообразие оборудования, поддерживающего данную технологию.

NB-IOT выходит на сцену.

NB-IoT, так же как и LoRa, входит в семейство технологий LPWA (Low Power — низкое энергопотребление, Wide Area — широкий территориальный охват), которая была создана для обмена информацией между устройствами на больших расстояниях.
Пока технологии Интернета Вещей просто витали в воздухе и коммерческая выгода от их использования была не очевидна, мобильные операторы не торопились вкладывать средства в расширение спектра своих услуг путем предоставления связи устройствам IoT. Но, тем не менее, они внимательно следили за развитием событий. Как только стало очевидным, что Интернет Вещей растет, развивается и, без сомнения, предоставит огромный рынок, крупные мобильные операторы начали вести большую исследовательскую работу в развитии этого сегмента. Ведь именно такие компании, десятилетиями занимающиеся технологиями связи, могут разработать и внедрить услугу по связи между устройствами IoT максимально быстро и эффективно. Для этого у них есть все ресурсы: опыт, технологии, специалисты и, конечно, деньги.
В 2014 году британская компания Neil, работавшая над приложениями IoT, была приобретена компанией Huawei и начала сотрудничество с Ericsson чтобы обеспечить продвижение стандарта NB-IoT. Разработкой стандартов для технологии NB-IoT занимается консорциум 3GPP.
NB-IoT был стандартизован в 2016 году.
Разрабатывают, внедряют и используют эту технологию многие ведущие компании мира: Vodafone, Ericsson, Huawei, Orange, Qualcomm, Cisco, Nokia, а также крупнейшие мобильные операторы России. И этот список постоянно растет.

NB-IoT и LoRa: какая разница?

Оборудование, работающее по технологии LoRa, использует следующий диапазон свободных частот:
  • 863 — 870MHz, 433MHz – Евросоюз;
  • 902 — 928MHz – Соединенные Штаты Америки;
  • 779 — 787MHz – Китайская Народная Республика.
Для работы на этой частоте лицензия не требуется и использовать ее может любая организация или частное лицо.
В отличие от LoRa, NB-IoT работает в лицензируемой полосе частот, которая выделена для мобильной связи. Преимущество такого подхода в том, что в данном диапазоне частот запрещена передача каких-либо радиосигналов, кроме сигнала мобильного оператора. Это позволяет избежать помех и улучшить прием. Кроме того, это упрощает процесс развертывания сети NB-IoT для мобильного оператора, так как для этого ему не требуется закупать дополнительное оборудование, а нужно только обновить ему программное обеспечение.
Провайдер NB-IoT сети может выбрать один из 3-х способов выделения частот.
Как мы видим, каждый оператор мобильной связи может развернуть сеть NB-IoT в своем диапазоне частот, просто обновив программное обеспечение своего оборудования.

Зачем NB-IoT мобильным операторам?

«Если Вашего бизнеса нет в интернете, значит, Вас нет в бизнесе.»
Билл Гейтс
Если еще 10 лет назад идея о том, что вещи, которые нас окружают, станут «умными», смогут реагировать на события и, тем самым, делать нашу жизнь лучше, комфортнее, безопаснее, освобождая от рутинных дел, была чем-то из области фантастики, то теперь это становится реальностью. Так же как человечество от использования угля перешло к нефти, а теперь переходит к возобновляемым источникам энергии, нас все больше окружают умные устройства.
В конце 2018 года емкость рынка IoT была оценена экспертами аналитической компании IDC в 646 миллиардов долларов. Эксперты прогнозируют, что расходы на IoT индустрию в 2019 г. будут увеличены на 15,4% и составят 745 миллиардов долларов. В дальнейшем они также будут интенсивно расти и превысят 1 триллион долларов в 2022-м. Объем данных, генерируемый устройствами IoT к 2020 г. может достичь 50 трлн. гигабайт.
Компании – операторы мобильной связи отлично понимают все перспективы освоения рынка IoT. Представьте себе современный компьютер без возможности выхода в сеть. Кому он нужен? Да никому! Это анахронизм. Упустить шанс воспользоваться всеми преимуществами, которые дает технология IoT как для потребителей, так и для компаний, предоставляющих услуги связи это, по сути, вычеркнуть себя из будущего и лишить всех перспектив. Те, кто останутся в стороне, скорее всего, обречены. Они просто станут никому не нужны.
Именно поэтому операторы мобильной связи повсеместно внедряют технологию NB-IоT. Освоение этого рынка для них – это не только возможность расширения бизнеса, это и способ просто не оказаться на обочине.

Зачем NB-IоT потребителям?

Компании, решившие строить бизнес с использованием технологии IoT, безусловно столкнутся с проблемой обеспечения связи между их устройствами. И от качества этой связи будет зависеть качество услуг, предоставляемых этими компаниями, т.е. их бизнес. Поэтому к вопросу выбора технологии связи необходимо подходить очень серьезно.
Разные технологии подходят для разных задач. Для бизнес-решений профессионального уровня технология NB-IoT подходит лучше всего.
1. Простота подключения.
Клиент приобретает доступ к сервису (сим-карту или аккаунт) и через несколько минут может начинать пользоваться сервисом. Причем его устройство будет доступно по всей зоне покрытия, которую обеспечивает оператор связи.
2. Низкая стоимость.
Благодаря тому, что трафик устройств минимален, а стандарт протокола позволяет подключать на одну базовую станцию до 1000 устройств, операторы связи предлагают уникально низкие тарифы для подключения NB-IoT устройств. Средняя стоимость обслуживания одного контроллера — 2 ЕВРО в год.
3. Скорость передачи данных.
Сеть NB-IOT обеспечивает связь на скорости до 100-140 Кбит/с., чего более чем достаточно для IoT решений.
4. Время работы сенсоров от батарейного питания.
При разработке технологии NB-IoT этому вопросу уделялось большое внимание и были разработаны и внедрены режимы энергосбережения, при которых устройство выходит из режима сна на очень непродолжительное время, передает короткое сообщение и снова засыпает. Благодаря этому удалось достичь рекордно высокого времени работы от батарейного питания – около 10 лет.
5. Время отклика.
Для некоторых решений в сфере IoT критичны минимальные задержки по времени на каждом этапе коммуникации между устройствами. Особенно при управлении оборудованием, работающем в режиме реального времени. Технология NB-IoT обеспечивает наилучшие показатели среди конкурентов.
6. Покрытие сети.
Благодаря тому, что уровень NB-IoT сигнала на 10db выше, чем, к примеру, в LoRa, сигнал NB-IoT обладает лучшей проникающей способностью и позволяет получать данные или управлять оборудованием, расположенным труднодоступных для радиосигнала местах (в цокольных этажах и т.п.).
7. Надежность.
Разработкой NB-IoT занимались организации, долгое время работающие в отрасли связи и имеющие колоссальный опыт в этой сфере. В NB-IoT были применены лучшие практики в построении сетей и передачи данных. Кроме того, у них есть оборудование и опыт, позволяющие надежно защитить данные как от случайных технических сбоев, так и от хакерских атак. Разворачиванием сетей этого типа занимаются организации, для которых связь – это их многолетний бизнес, и они могут позволить себе значительные инвестиции в него. Именно такие организации могут предоставить качество сервиса, которому можно доверять.
8. Удобство.
Клиент получает полный спектр услуг для связи своих устройств и ему нет необходимости заботиться о выборе, закупке, установке, настройке, ремонте и замене оборудования. Нет нужды беспокоиться о сохранности и защите данных на серверах. Он получает гарантированный и безопасный доступ к своим устройствам, существенно снижая риск потери данных или взлома устройств, передавая решение этих проблем профессионалам.
Кроме того, обратиться к услугам оператора NB-IoT выгодно при необходимости объединить в сеть небольшое количество устройств, для которых развёртывание своей собственной полноценной инфраструктуры просто невыгодно.
Учитывая все эти факторы, можно с уверенностью сказать, что спрос на услугу NB-IoT будет со временем только увеличиваться, что еще больше будет стимулировать ее развитие и удешевление в дальнейшем.
Как и многие современные технологии, Интернет Вещей начал свое развитие как технология для энтузиастов и стартапов, но теперь корпорации с миллиардными оборотами строят бизнес на его основе. IoT уже меняет нашу жизнь. И, без сомнения, технология NB-IoT станет его неотъемлемой частью. Умных устройств, окружающих нас, становится все больше и, так же, как мы не представляем сегодня нашу жизнь без электричества, автомобилей, мобильной связи и прочих достижений прогресса, в очень недалеком будущем мы не сможем представить ее без устройств, которые незаметно и ненавязчиво помогают нам решать ежедневные рутинные проблемы, освобождая для нас самый ценный ресурс – время. Это и есть прогресс!