Trendy łączności bezprzewodowej: komórkowy IoT staje się coraz bardziej powszechny

Upowszechnianie się na rynku usług sieci komórkowych dedykowanych dla IoT, LTE-M czy NB-IoT, początkowo zajęło więcej czasu niż wprowadzanie konkurencyjnych technologii rozległych sieci lokalnych (Local Wide Area, LWA). Bezpośrednim tego skutkiem było to, że łączność komórkowa straciła sporo udziałów w rynku, bowiem czynienie rzeczy inteligentnymi oszczędza koszty operacyjne i koszty konserwacji oraz zwiększa produktywność i co zrozumiałe, część firm i organizacji nie chciało dłużej czekać. Jednak z drugiej strony, późniejsze pojawienie się komórkowego Internetu Rzeczy oznaczało równocześnie, że w chwili rynkowej premiery stanowił on w pełni ukształtowany system, oferujący ten sam poziom niezawodności i bezpieczeństwa, z których konwencjonalna technologia bezprzewodowa i użytkownicy telefonów komórkowych korzystają już od dziesięcioleci.

Jedyną rzeczą, której brakowało do tej pory w komórkowym IoT, była globalna wszechobecność zasięgu, hamowana przez tempo wdrażania sieci przez operatorów. Ale ta ‘blokada’ obecnie całkowicie znika, a operatorzy rozwijają sieci łączności IoT na całym świecie o takim samym zasięgu lokalnym, jak ich sieci telefonii komórkowej.

W chwili pisania tego tekstu można śmiało powiedzieć, że na całym rozwiniętym świecie i w coraz większej części świata rozwijającego się oferowany jest wszechobecny zasięg NB-IoT i/lub LTE-M (GSM). Obserwując wysiłki operatorów w kierunku oferowania zarówno NB-IoT, jak i LTE-M na jednakową skalę w całej sieci, trzeba przyznać, że to kolejny duży krok. Oczywiście zarówno NB-IoT, jak i LTE-M mają swoje kluczowe zalety i definiowane przez nie aplikacje. 

Przejście na łączność komórkową

Widzimy, jak wiele uznanych rozwiązań sieci rozległych na takich rynkach jak inteligentne miasta (na przykład inteligentne pomiary mediów i inteligentne oświetlenie uliczne) zaczyna przechodzić na komórkowy IoT. Często odbywa się to poprzez wprowadzenie nowego produktu opartego o łączność komórkową do portfolio wcześniej opartego wyłącznie na sieci WAN. A teraz, gdy ‘wszystkie konie biorą już udział w wyścigu’, ciekawie będzie zobaczyć, które z nich wysuną się na czoło. 

Jako przykład ilustrujący trend przejścia do komórkowego IoT niech świadczy fakt, iż w styczniu 2022 na CES, pracownicy obsługujący stoisko Nordic stwierdzili, że około połowa wszystkich odwiedzających prosiła o prezentację systemu globalnego śledzenia zasobów opartego o przesył komórkowy. Prezentowano wówczas wielotrybowy NB-IoT/LTE-M Nordic nRF9160 oparty na systemie System-in-Package (SiP) Nordic Thingy:91, zintegrowany z usługami lokalizacji w chmurze nRF firmy Nordic, zapewniającą gotowy do użycia system lokalizacji w dowolnym miejscu na świecie, gdzie tylko sięga zasięg stacji komórkowej. Demo pokazuje, jak szybko można lokalizować obiekty i w jaki sposób system można dostosowywać w zależności od wymaganego poziomu wydajności energetycznej versus dokładność lokalizacji. 

Z kolei na MWC 2022 stało się oczywiste, że istnieją możliwości tworzenia dużych ekosystemów, zoptymalizowanych dla urządzeń o niskim poborze mocy, takich jak przykładowo nRF9160. Kilka przykładów możliwych aplikacji to projekty bez baterii, wykorzystujące techniki energy harvesting, protokoły o niskim poborze mocy w trybie współpracy z chmurą czy uczenie maszynowe zaimplementowane na urządzeniach brzegowych w celu obniżenia kosztów przesyłu danych.

Są to wszystko dowody na rosnącą popularność komórkowego Internetu Rzeczy. Odzwierciedla to ponadto fundamentalną zmianę: możliwość śledzenia i monitorowania wszystkiego na całym świecie, w sposób opłacalny komercyjnie i technologicznie. Bardzo szybko i prosto, również w porównaniu z zupełnie niedawną przeszłością. To znacząca zmiana. Jeśli chodzi zaś o to, co będzie można osiągnąć, łącząc bezprzewodową technologię komórkową IoT i usługi przetwarzania w chmurze, to dopiero początek

Przejście na hybrydowy bezprzewodowy Internet Rzeczy

Innym trendem jest łączenia różnych bezprzewodowych technologii IoT w jednej aplikacji. Na przykład istnieje wiele hybrydowych połączeń komórkowych IoT i Bluetooth LE i nie spodziewamy się, że ten trend ‘hybrydyzacji’ na tym się kończy. Podstawowym czynnikiem wpływającym na pojawienia się zjawiska ‘hybrydyzacji’ jest fakt, iż żadna technologia bezprzewodowa nie nadaje się idealnie do wszystkich aplikacji, a podejścia hybrydowe są naturalnym odzwierciedleniem tego faktu. W niektórych przypadkach połączenie dwóch technologii bezprzewodowych umożliwia programistom osiągnięcie wyników, które są technicznie i/lub komercyjnie lepsze od obu technologii bezprzewodowych stosowanych samodzielnie. W przyszłości hybrydowe, bezprzewodowe aplikacje IoT powinny stać się bardzo powszechne.

Przejście na wysoce zintegrowane rozwiązania

Ostatnią rzeczą, na którą warto zwrócić uwagę, jest wpływ globalnego niedoboru półprzewodników na sposób projektowania urządzeń. Strategią Nordic zawsze było dostarczanie wysoce zintegrowanych rozwiązań, minimalizujących zajmowaną przez siebie przestrzeń fizyczną oraz liczbę wymaganych zewnętrznych elementów uzupełniających, dzięki czemu technologia Nordic była jedną z podstaw narodzin wearables.

nRF9160 SiP, integrujący wbudowany procesor Arm Cortex-M33 64 MHz i obsługę GPS, nie jest wyjątkiem. Aby nRF9160 SiP działał, programista potrzebuje jeszcze tylko pary anten (GPS i LTE), baterii, karty SIM lub eSIM oraz dowolnego zestawu czujników, wymaganych przez produkt lub aplikację. Z drugiej strony, w porównaniu z konkurencyjnymi rozwiązaniami, nRF9160 wymaga minimalnej liczby półprzewodnikowych komponentów peryferyjnych, między innymi ze względu na wbudowaną pamięć Flash 1MB i 256 KB pamięci RAM oraz minimalnego zużycia energii.

nRF9160 SiP to jedyne na rynku wielomodowe rozwiązanie IoT LTE-M/NB-IoT, które ma własny wbudowany procesor, obsługiwany za pośrednictwem otwartego zestawu programistycznego. Oznacza to, że trzeba pozyskać o jeden krytyczny komponent mniej. 

Co więcej, globalny niedobór chipów doprowadził do całkowitego przemyślenia projektowania elektroniki od zbyt kosztownych rozważań do znacznie bardziej zintegrowanych i inteligentnych alternatyw, które minimalizują ryzyko związane z łańcuchem dostaw. Ta zmiana raczej nie zniknie w najbliższym czasie.

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy Nordic Semiconductor

Autor: Christian Saether