Categoriile LTE NB1 și M1 devin din ce în ce mai cunoscute. În fiecare an, numărul dispozitivelor cu standarde celulare de joasă putere crește cu o medie de peste 100 milioane de dispozitive, susține compania de cercetare a pieței Berg Insight AB în cel mai recent raport al său – Ecosisteme de Dispozitive IoT Celulare și LPWAN. Standardele celulare cu noi soluții SIM integrate sunt supuse unor îmbunătățiri.
NB1 și M1, cunoscute, de asemenea, ca NB-IoT (IoT de bandă îngustă) și LTE-M1, sunt versiuni mult mai simple ale LTE-ului normal (Long Term Evolution, 3.9G). Aceasta înseamnă că ele utilizează un spectru de frecvență mult mai redus și, din acest motiv, consumă un curent foarte mic. Mărind raza de acțiune la câțiva kilometri și oferind o penetrare excelentă în clădiri, aceste standarde permit domenii de aplicare complet noi pentru IoT.
Această tehnologie este potrivită în particular pentru aplicații eficiente energetic în care este necesară transmiterea unor cantități mici de date în cazuri individuale. De când cu LTE-M, valorile de vârf de încărcare și descărcare sunt de ~300 kbit/s la o viteză maximă de transmisie a datelor de 20/23 dBm; cu NB (bandă îngustă) IoT, este de numai ~30/60 kbit/s la aceeași viteză de transmisie a datelor.
Rețele LTE ca bază
De vreme ce ambele tehnologii au la bază standarde LTE, pot fi utilizate rețelele LTE deja existente. Acesta este un avantaj decisiv pentru subcategorii, deoarece ele nu numai că beneficiază de o transmisie a datelor robustă și sigură, dar extinderea rețelei prin roaming la nivel mondial, poate fi realizată rapid și în unele cazuri chiar prin actualizare de software. Operatorii de Rețele Mobile (MNO – Mobile Network Operators) organizează frecvențele, dimensiunile nodurilor de formare și le extind în acord cu cerințele regionale. Acoperirea de rețea în SUA, Europa și Asia este deja foarte bună, iar în majoritatea regiunilor chiar mai bună decât a furnizorilor cu rază lungă de acțiune. Aceasta se datorează și faptului că raza de acțiune cu NBIoT este de până la șapte ori mai mare, iar cu LTEM de până la patru ori mai mare decât raza de acțiune standard LTE.
Transmisie de date chiar din locuri dificil de accesat
NB1 și M1 fac superfluă revenirea la 2G. Mulțumită razelor de acțiune mai mari, acest lucru nu mai este absolut necesar. Suplimentar, sursa de tensiune poate fi dimensionată cu mai mare ușurință pentru că, spre deosebire de GPRS, nu trebuie absorbiți curenți de vârf de 2A. Costurile modulelor mici, necesarul de cablare externă, furnizorul de Internet, și infrastructura fără probleme “peste tot” surclasează în mod clar alternativa tehnologiilor cu rază mare de acțiune în majoritatea aplicațiilor.
NB-IoT și LTE-M sunt în mod special potrivite pentru IoT, de exemplu acolo unde este nevoie de transmiterea ocazională a unor cantități mici de date, de asemenea în locuri care sunt dificil de acoperit precum subsoluri, conducte sau câmpuri deschise. Există o gamă largă de aplicații posibile, în special pentru senzori, care transmit regulat cantități mici de date către o stație de control. De exemplu, în sectorul de măsurare inteligentă: electricitate, apă și alte date de măsurare, datele pot fi transmise direct companiilor de utilități. Alte zone importante sunt infrastructura, transportul și logistica, agricultura și exploatările forestiere, dispozitivele purtabile și “produsul ca serviciu” cu mentenanță și reparație predictivă a echipamentului.
Tehnologia NB-IoT eficientă energetic este mai bine potrivită pentru aplicații cu locație fixă, unde în mod normal nu se schimbă celulele wireless pe durata transmisiei, în vreme ce LTE M1 este alegerea cea mai bună pentru aplicații mobile datorită vitezei de transfer mai rapide.
Cu o dimensiune de 10 mm × 16 mm × 1.2 mm, nRF91 SIP de la Nordic, ocupă numai 20% din volum sau 25% din suprafață prin comparație cu alte produse de pe piață.
nRF91: Sigur și gata pentru NB-IoT
Ca deschizător de drumuri în domeniul tehnologiilor wireless de ultra-joasă putere, compania Nordic Semiconductor s-a dedicat și acestor noi tipuri de transmisii wireless. Mulțumită seriei nRF91, producătorul oferă un modul multi-mod pentru NB1 și M1. SiP-ul (System in Package – Sistem în capsulă) dispune de un microcontroler ARM Cortex M33 pentru programarea specifică clientului pentru aplicații, senzori și actuatori. ARM TrustZone® și ARM CryptoCell asigură acces la stocare sigură, în vreme ce TLS și SSL garantează criptarea datelor de la un capăt la altul al lanțului de transmisie a datelor.
Tehnologia cu memorie flash ce permite rescriere, împreună cu posibilitatea de actualizare “prin aer”, permite îmbunătățiri subsecvente a firmware-ului, stivelor și a aplicației propriu-zise. Modulul caută automat rețele disponibile LTE-M și NB-IoT și comută între ele. Construit cu GPS integrat sau fără unitate GPS într-o capsulă de numai 10 mm × 16 mm × 1.2 mm, nRF91 SiP necesită un spațiu pe PCB de până la patru ori mai mic față de alte module LTE-M și NB-IoT și module GNSS separate. Văzând că nucleul M33 permite o calculare reală a unor limite de măsurare, informația locală poate fi deja generată din datele măsurate, care poate fi apoi transmisă eficient prin intermediul unității radio mobile. Acest lucru optimizează echilibrul energetic general și păstrează la minim consumul de putere pentru date online. Kitul de dezvoltare software corespunzător nRF91-SDK conține toate stivele necesare, precum MQTT, CoAP, http, LWM2M, IPv4, IPv6, DTLS, TLS și TCP.
Senzorii, LED-urile, butoanele și releele de comutație pot f conectate prin 32 GPIO. Cuarțul, filtrul SAW și toate componentele pasive sunt integrate pe capsula SiP, astfel încât, pentru a utiliza modulul este necesară numai o linie de 50Ω single-ended, cu rol de antenă.
Trimitere fără SIM
Noile dezvoltări în domeniul conectivității continuă să ducă înainte dezvoltarea NB-IoT și LTE-M. Dacă în trecut doreați să trimiteți sau să recepționați date printr-o rețea celulară, hardware-ul avea nevoie suplimentar de un suport de card SIM și cardul SIM propriu-zis. Acest lucru conducea la cerințe de spațiu mai mare pe PCB și o listă de materiale mai lungă (BoM) – și de aici costuri mai ridicate. Suplimentar, apare și sarcina de schimba manual cardurile SIM în cazul schimbării furnizorului. Aici este locul în care pot ajuta soluțiile “embedded SIM” precum iUICC (integrated Universal Integrated Circuit Card). Acestea oferă avantajul că funcțiile SIM sunt deja integrate în modulul hardware – ceea ce înseamnă mai puține cerințe de spațiu, o listă de materiale mai scurtă și costuri mai mici, în vreme ce soluțiile SIM embedded pot fi controlate și actualizate de la distanță.
Clienții pot obține soluții precise SIM embedded de la Telit, partener Rutronik, unul dintre liderii furnizorilor de hardware celular, soluții de conectivitate și cloud, care comercializează modulele wireless 2G sub numele de sim-WISE.
Modulele LTE-M și NB-IoT vor fi echipate cu simWISE, de exemplu ME910C1 LTE-M și modulul combi NB-IoT. Modulele simWISE sunt complementate de platforma cloud IoT Telit. Aceasta conduce la o soluție particularizabilă cu funcții de dispozitiv, conectivitate, date și management de sistem.
Autor: Sarah Brucker, Product Sales Manager Wireless
Rutronik | www.rutronik.com
