Nordic Semiconductor oferă o soluție “Massive IoT” completă, care asigură simplitate, stabilitate și eficiență a costurilor pentru proiectarea, fabricarea și implementarea tehnologiei IoT celulare. (Sursă imagine: Nordic Semiconductor)
Pe măsură ce IoT se extinde de la milioane la miliarde de conexiuni, DECT NR+ oferă scalabilitate și densitate fără egal în comparație cu alte tehnologii
În 2008, Cisco Systems a anunțat apariția IoT, având în vedere că, pentru prima oară, numărul dispozitivelor conectate la internet depășea numărul oamenilor [1]. Această evoluție rapidă ne face să constatăm, astăzi, că omenirea a fost lăsată mult în urmă. Conform celor mai recente date disponibile, există 5,35 miliarde de utilizatori de internet la nivel mondial [2], în timp ce dispozitivele conectate numără acum aproximativ 17 miliarde, o cifră care se preconizează că va atinge aproape 30 de miliarde până în 2030 [3].
Creșterea se datorează, în parte, omniprezenței IoT. Dispozitivele IoT sunt utilizate în toate tipurile de industrii și piețe de consum. Principalele segmente verticale ale industriei cu peste 100 de milioane de dispozitive IoT conectate includ utilitățile – cum ar fi autoritățile din domeniul energiei electrice, gazelor și apei – precum și gestionarea deșeurilor, comerțul cu amănuntul, comerțul cu ridicata, logistica și alte sectoare guvernamentale [3]. Dar, în ciuda popularității IoT în aplicațiile industriale, de afaceri și municipale, segmentul de consum continuă să dețină o cotă de circa 60% din totalul dispozitivelor IoT conectate [3].
Unul dintre motivele pentru care raportul favorizează, în continuare, aplicațiile destinate sectorului de consum a fost provocarea legată de implementarea fiecărui scenariu de rețea pe baza standardelor IoT existente. Situația devine mult mai dificilă atunci când densitatea dispozitivelor IoT crește până la sute de mii sau chiar milioane de dispozitive pe kilometru pătrat. Această densitate de conexiuni “Massive IoT” este ceva nou. Rețelele celulare existente sunt departe de a o putea susține. O rețea mobilă instalată oriunde, în cele mai aglomerate metropole din lume ar trebui să facă față situației în care 6 000 de persoane pe kilometru pătrat se conectează simultan la rețea. O soluție acceptabilă, dar în mod clar inadecvată pentru a susține cerințele din viitor ale IoT masiv.
O altă problemă care blochează dezvoltarea IoT masiv este proliferarea diferitelor tehnologii wireless. De exemplu, iluminatul stradal inteligent promite o platformă pentru o serie de senzori wireless destinați măsurării calității aerului, nivelului de iluminare, ocupării trotuarelor și chiar a unor senzori audio pentru asistență publică în situații de urgență. Totuși, municipalitățile nu au reușit să ajungă la un acord asupra celei mai potrivite tehnologii wireless pentru această aplicație. Este valabil și pentru companiile de utilități care recurg la dispozitive conectate, precum contoarele inteligente. Există autorități care propun IoT celular, altele susțin tehnologiile standard deschise, care utilizează spectrul radio fără licență, în timp ce altele preferă soluții brevetate.
În căutarea standardului perfect
Lipsa convergenței asupra unui singur standard wireless se datorează în mare parte compromisurilor pe care le implică fiecare. De exemplu, un protocol poate oferi un debit mai mare, dar o rază de acțiune mai mică, iar altul poate compromite raza de acțiune în favoarea unui consum redus de putere. De exemplu, tehnologiile IoT celulare LTE-M și NB-IoT sunt orientate către asigurarea unei raze lungi de acțiune, a unui debit redus și, în același timp, a prelungirii duratei de viață a bateriei.
În ciuda compromisurilor, IoT celular câștigă cea mai mare cotă de piață pe piața LPWAN. Potrivit IoT Analytics, în afara Chinei, care are o politică națională de implementare a NB-IoT, tehnologiile NB-IoT (23%) și LTE-M (35%) reprezintă împreună 58% din baza instalată globală de rețele LPWAN în 2023, comparativ cu 42% pentru restul tehnologiilor concurente [4]. Dar, deși popular, IoT celular nu este pentru toată lumea. De exemplu, deoarece se utilizează spectrul de frecvențe reglementat (frecvențe licențiate, administrate de autorități și operatori telecom), IoT celular implică taxe permanente pentru transferul de date.
Este nevoie de o tehnologie M2M wireless bazată pe standarde, cu costuri reduse (fără taxe pentru transferul de date), la o scară masivă de milioane până la miliarde de dispozitive finale. Deși dispozitivele conectate la o astfel de rețea vor fi probabil compacte, adesea alimentate de la baterii și cu resurse limitate de energie, de calcul și de memorie, acestea vor necesita o acoperire fiabilă atunci când sunt implementate în zone cu densitate foarte mare.
Necesitatea tehnologiilor de tip Massive IoT a fost recunoscută de organismele de stabilire a standardelor atunci când s-a luat în considerare infrastructura de mâine 5G. De exemplu, standardul IMT-2020 detaliază modul în care rețelele vor satisface cerințele din sectorul industrial și de consum oferind capabilități precum o latență de o milisecundă, o “capacitate de trafic zonal” de 10 megabiți pe secundă pe metru pătrat și o densitate de conectare de un milion de dispozitive pe kilometru pătrat. Specificația detaliază două elemente: tehnologia 5G LTE pentru consum și “New Radio” (NR) pentru alte cazuri de utilizare, inclusiv cerințele specifice ale IoT.
Inginerii numesc componentele 5G LTE și NR ale specificațiilor “tehnologii de interfață radio” (RIT). RIT-urile îndeplinesc toate cerințele tehnice de performanță pentru trei cazuri de utilizare de utilizare destinate sectorului de consum și celui industrial; două dintre acestea, “urban macro” – Ultra Reliable Low Latency Communication (URLLC) [comunicație ultra-fiabilă cu latență redusă în medii urbane] și urban macro – Massive Machine Type Communication (mMTC) [comunicație de tip Massive Machine în medii urbane] sunt RIT-urile care susțin în principal aplicațiile IoT.
IoT masiv 5G necelular
DECT NR+ (NR+) a fost adoptat ca RIT (de fapt, un set de RIT-uri sau SRIT) pentru URLLC și mMTC. Astfel, aceasta devine prima tehnologie non-celulară adoptată ca standard 5G. Specificația a fost publicată pentru prima dată de Institutul European de Standardizare în Telecomunicații (ETSI) în iunie 2020 și este recunoscută acum și în cadrul cerințelor 5G IMT-2020. NR+ îndeplinește cerințele specificațiilor, în special în ceea ce privește suportul pentru un milion de dispozitive pe kilometru pătrat.
NR+ este o tehnologie fără licență (precum tehnologiile wireless din banda ISM, cum ar fi Bluetooth LE și Wi-Fi), dar va fi standardizată și menținută ca o tehnologie wireless de tip celular. Aceasta va include, de exemplu, un strat fizic radio (PHY) și utilizarea schemelor de modulație și codificare a semnalului, familiare oricărui inginer specializat în tehnologia celulară.
NR+ nu necesită o stație de bază celulară pentru a funcționa. Dimpotrivă, aceasta formează o rețea privată care utilizează banda globală de 1,9 GHz, fără de licență și nu necesită costuri de închiriere a spectrului. În plus, NR+ este o tehnologie 5G de ultimă generație care promite să ofere toate avantajele telefoniei celulare la costuri mult mai mici. Printre acestea se numără abilitatea de a ajunge la un număr suficient de noduri pentru a susține rețele mesh locale de mari dimensiuni, cum ar fi infrastructura din fabrici, depozite sau campusuri, oferind securitatea și fiabilitatea legendare ale telefoniei celulare.
Tehnologia promite să ofere o conectivitate wireless extrem de fiabilă în aplicații M2M complet noi în care eșecul nu este o opțiune. Gândiți-vă la infrastructura critică din clădiri, orașe și rețele de utilități. Fiabilitatea sa o poate depăși pe cea a instalațiilor cu fir, deoarece tehnologia va utiliza tehnici de rețea mesh autoreparatoare, eliminând situațiile în care un singur punct de avarie ar putea întrerupe întreaga rețea. În plus, NR+ va oferi latențe egale cu cele ale rețelelor cu fir.
Rețele IoT wireless 5G private
Dispariția rețelelor M2M tradiționale 2G și 3G a avut un efect catalizator asupra rețelelor 5G private. O astfel de rețea permite fabricilor inteligente să configureze rapid roboți și să implementeze aplicații de inteligență artificială (AI) și învățare automată (ML), fără a perturba linia de producție sau lanțul de aprovizionare și fără a folosi cabluri.
Stiva DECT NR+ a nRF9161 SiP permite aplicații de rețea mesh la scară largă care pun accent pe fiabilitate, conexiuni securizate, rază lungă și scalabilitate. (Sursă imagine: Nordic Semiconductor)
Până acum, însă, lansarea acestor rețele a stagnat din pricina costurilor prohibitive. Construirea și licențierea unei rețele 5G este complexă, necesită mult timp și presupune costuri ridicate. Pentru întreprinderile mici și mijlocii (IMM-uri), acestea reprezintă o piedică financiară. În plus, chiar și pentru cele care își pot permite, tehnologiile existente nu suportă o densitate de un milion de noduri pe kilometru pătrat, ceea ce le limitează aplicarea.
Dar astăzi, NR+ este tehnologia ideală pe care se poate baza o rețea privată. Orice companie, organizație sau municipalitate își poate construi propria infrastructură, pe care o poate administra și optimiza după cum dorește, fără a apela la un operator de rețea. Și pot face acest lucru folosind o frecvență fără licență și disponibilă la nivel global, special dedicată acestei tehnologii.
Răspuns la o cerere uriașă
nRF9131 Mini SiP este o soluție puternică și potrivită pentru aplicațiile DECT NR+, oferind performanță și funcționalitate. (Sursă imagine: Nordic Semiconductor)
În contextul în care cererea pentru NR+ crește rapid, producătorii de cipuri trebuie să reacționeze prompt pentru a livra soluții IoT celulare end-to-end care integrează suport NR+ pentru implementări de tip “Massive IoT”. Nordic Semiconductor este prima companie care oferă o soluție “Massive IoT” completă, de clasă mondială, care asigură simplitate, stabilitate și eficiență a costurilor pentru proiectarea, fabricarea și implementarea tehnologiei IoT celulare.
Soluția IoT celulară cu suport pentru NR+ oferită de Nordic include două noi SiP-uri din seria nRF91, respectiv nR9161 și nRF9131, precum și instrumente de evaluare și dezvoltare, software și servicii cloud.
Ce urmează în continuare?
Promisiunea NR+ înseamnă că aceasta va oferi acces la IoT masiv, inaccesibil anterior, pentru aplicații la scară largă și la un cost redus. Conform declarațiilor lui Teppo Hemiä, CEO al Wirepas – o companie de software IoT pentru întreprinderi și partener al Nordic Semiconductor – deși în prezent există 17 miliarde de dispozitive conectate în întreaga lume, acestea reprezintă doar 5% din totalul lucrurilor care vor fi conectate în viitor [5]. Când restul de 95% va fi conectat, abia atunci vom vedea adevăratul potențial al conceptului Massive IoT – un ecosistem IoT extins, cu miliarde de dispozitive interconectate.
Referințe
- The Internet of Things: How the Next Evolution of the Internet Is Changing Everything. CISCO Systems, April 2011.
- Internet Usage Statistics in 2024. Forbes Home, March 2024.
- Number of IoT connected devices worldwide 2019-2023, with forecasts to 2030. Transforma Insights, July 2023.
- LPWAN market 2024: Licensed technologies boost their share among global 1.3 billion connections as LoRa leads outside China. IoT Analytics, March 2024.
- Wireless Quarter. Nordic Semiconductor, Issue 2, 2022, pg14.
Autor: Martin Lesund,
Technical Product Manager – Cellular IoT,
Nordic Semiconductor
Despre autor:
Martin Lesund este Technical Marketing Manager al diviziei Cellular IoT din cadrul Nordic Semiconductor, având o diplomă de master în inginerie electrică obținută la Norwegian University of Science & Technology. Anterior poziției sale actuale, a lucrat timp de peste trei ani ca inginer de aplicații în cadrul grupului de asistență tehnică al Nordic, unde a dobândit o experiență bogată în domenii precum seriile nRF91, nRF Connect SDK și Cellular IoT. În prezent, Martin sprijină clienții care doresc să-și optimizeze soluțiile IoT celulare. În afara serviciului, îi place să facă drumeții, să alerge, să practice alpinismul și plimbările cu bicicleta
