Examen de IoT celular:costo, batería y datos

Hay muchas tecnologías inalámbricas de máquina a máquina (M2M) detrás de Internet de las cosas (IoT). Una de estas tecnologías es la red celular. En 1979, Nippon (una empresa japonesa) creó la primera red celular comercial automatizada. En los 36 años transcurridos desde entonces, las redes celulares han evolucionado de una simple comunicación de voz inalámbrica a tener capacidades complejas de banda ancha.

Hoy en día, las redes celulares están diseñadas principalmente para dispositivos móviles y, por lo tanto, están diseñadas para llamadas de voz y video y otras aplicaciones de alta velocidad de datos. Se han optimizado para estos patrones de uso de banda ancha. Debido a su amplia cobertura, los desarrolladores de IoT están recurriendo al celular para respaldar sus aplicaciones. ¿Pero es ésta una buena idea? ¿El celular es adecuado para la mayoría de los dispositivos conectados a M2M? ¿Hay una mejor alternativa? Examinaremos estas preguntas (y más) en este artículo.

Elementos de IoT celular

Infraestructura

Quizás el beneficio más comúnmente citado del uso de IoT celular es la cobertura ubicua. Las torres de telefonía móvil ya están instaladas en todas partes y las principales redes cubren aproximadamente el 99% de la población de EE. UU. Por lo tanto, si desea implementar su red de sensores en un abrir y cerrar de ojos, las redes celulares están fácilmente disponibles.

Las redes de área amplia y baja potencia (LPWA), que fueron diseñadas para las aplicaciones de IoT de baja velocidad de datos, deben instalarse e implementarse para que sean operativas. Pero la consideración que muchos ingenieros y desarrolladores de IoT olvidan es que estas redes normalmente no necesitan cubrir más de unos pocos kilómetros cuadrados de distancia. Si necesita una red para cubrir un edificio de oficinas, un campus escolar o una granja, podrá hacerlo de manera efectiva con una red LPWA utilizando solo un par de puertas de enlace. Por lo tanto, si está dispuesto a instalar sus propias puertas de enlace o esperar a que se instale una red pública LPWA, la amplia ventaja geográfica del IoT celular se vuelve menos crítica.

Duración de la batería

Las redes celulares ganaron un despliegue significativo en el espacio de IoT cuando se crearon las redes 2G. La razón por la que a los desarrolladores de aplicaciones y a los operadores de red les gustaba 2G era la arquitectura de almacenamiento y reenvío . Las radios podrían despertarse, enviar sus datos, recibir mensajes destinados a ellos y volver a dormir. Esto ahorró una gran cantidad de batería, porque la radio no tenía que estar encendida todo el tiempo esperando mensajes.

Cuando se crearon 3G y 4G, la arquitectura de almacenamiento y reenvío se eliminó y se reemplazó con un enfoque siempre activo. Esto significa que la radio siempre está escuchando un mensaje que le dice al dispositivo cuando está recibiendo una nueva información. Debido a esta comunicación casi constante con la red, la duración de la batería se ve afectada.

Con una red LPWA, los sensores se duermen y se despiertan cuando necesitan enviar paquetes de datos. Dado que la radio está inactiva la mayor parte del tiempo, esto permite que las baterías duren entre cinco y 10 años (según la tecnología). Los proveedores de telefonía móvil han reconocido que la duración de la batería es una preocupación para quienes se encuentran en el espacio de IoT y entienden que la telefonía móvil es insuficiente para bits de datos muy pequeños. En respuesta a estas preocupaciones, han propuesto un nuevo protocolo llamado LTE-M. En un giro interesante, en realidad está diseñado para recuperar algunos de los elementos de la transmisión celular 2G, como almacenar y reenviar.

Es importante tener en cuenta que incluso si estas capacidades regresan, los dispositivos M2M conectados a celulares aún requieren mucha más potencia y energía que las redes LPWA. Los requisitos de alimentación de solo datos 4G-LTE son diez veces más para transmisión (~ 120 mA frente a ~ 12 mA) y 1000 veces más para el modo de espera (~ 2 miliamperios frente a ~ 2 microamperios) que los nuevos sistemas de red LPWAN emergentes. Este es un desafío que los proveedores de telefonía celular tendrán que enfrentar.

Está previsto que la LTE-M se proponga a finales del próximo año, y luego deberá ser ratificada y adoptada. Es probable que veamos las primeras iteraciones para LTE-M a fines de 2017 o 2018. Por lo tanto, si necesita una solución que sea más eficiente en la batería ahora (o en los próximos tres años), probablemente debería considerar la baja potencia, amplia -redes de área.

Transmisión de datos

Cuando se trata de las últimas versiones de telefonía móvil, 4G y LTE, hay 44 bandas en las que los operadores pueden transmitir. Entonces, cuando un dispositivo intenta establecer una conexión, hay mucho ancho de banda potencial.

Pero recuerde, las redes LTE están diseñadas para banda ancha comunicaciones. Están optimizados para voz y datos de alta calidad, incluidas capacidades de video, como ver Netflix o hacer llamadas FaceTime. Nos gusta describir esto como una enorme autopista de 8 carriles completamente llena de camiones de volteo que están diseñados para moverse alrededor de big data. Entonces, ¿qué sucede cuando no necesita mover grandes cantidades de datos, solo necesita enviar pequeños paquetes de datos? Bueno, en lugar de que esos camiones volquete se llenen hasta el borde, solo tienen una gran cantidad de datos. Claramente, este sería un esquema de transporte muy ineficiente.

Es importante recordar que muchas aplicaciones M2M envían menos de un par de cientos de bytes cada día. Un panel de alarma, por ejemplo, envía solo 40 bytes cada día. Incluso si asumió que un dispositivo estaba enviando 30 bytes por hora, eso es solo 22 kilobytes por mes. Esto es sustancialmente menor que los planes de datos de las empresas de telefonía móvil, que están pensados ​​para gigabytes de datos.

Entonces, siguiendo nuestra analogía, lo que realmente La necesidad de una red basada en sensores y muchas de las nuevas aplicaciones de IoT no es una autopista de 8 carriles llena de cargas de datos masivas, ¡solo necesita un carril para bicicletas! Eso es lo que proporcionan las redes LPWA:una forma eficiente de mover pequeñas cantidades de datos. Recuerde, cuando piensa en Internet de las cosas en su conjunto, no se refiere a un par de cientos de radios con sensores, sino a decenas de miles de millones de dispositivos. Y si todos esos dispositivos aparecieran mañana en una red LTE con TCP / IP, aplastaría por completo la red.

Costo de IoT celular

Costos del módulo

Un módulo LTE comprado en un volumen muy alto costará entre $ 25 y $ 30. Un módulo LPWA comprado en un volumen muy alto costará alrededor de $ 10. A medida que las redes LPWA maduren, en los próximos tres años, el precio por módulo debería caer entre $ 5 y $ 10. Esa diferencia de $ 10 puede ser un mucho de dinero cuando se multiplica por los miles (o millones) de módulos que pueden ser necesarios.

Tarifas recurrentes

Las redes LPWA que se están implementando hoy (principalmente en Europa) se cobran en el rango de unos pocos dólares al año. Compare eso con las tarifas de datos móviles de hoy, en el rango de unos pocos dólares al mes, y verá una gran diferencia cuando comience a multiplicar estos números por los millones de dispositivos implementados. Recuerde, si está implementando su propia infraestructura, como hacen muchas organizaciones para sus aplicaciones LPWA, no hay un costo recurrente mensual.

Tarifas varias

La otra cosa a tener en cuenta con algunos sistemas celulares es que existen otros costos, como tarifas de SIM, cargos por activación y desactivación, y más. Este tipo de cambios pueden acumularse si los usuarios no tienen cuidado. Además, algunas redes cobrarán a los usuarios independientemente de que estén transmitiendo datos o no. Las redes LPWA pueden hacer lo mismo, pero el costo es mucho menor que puede ser una tarifa nominal.

¿Qué tipo de red es mejor?

Al final, debes determinar qué amable de los datos que envía y cómo mucho datos que está enviando, para que pueda seleccionar la herramienta adecuada para el trabajo. Siguiendo la analogía anterior, si sus aplicaciones usan un camión volquete de datos, entonces el IoT celular puede ser la dirección en la que desea ir. Pero si está usando solo pequeñas cantidades de datos, una pala llena en dicho camión volquete, sería mejor que tomara el carril para bicicletas y usara una red LPWA.

También es importante tener en cuenta que las redes móviles y LPWA no son los únicos tipos de redes M2M disponibles. De hecho, hemos escrito un documento técnico sobre las siete redes M2M más populares y le sugerimos que eche un vistazo para comprender mejor qué opción de red se adapta mejor a su organización.