Veriga lipsă

by donpedro

Privită din spațiu, partea întunecată a Pământului este acoperită de filamente luminoase. Aproximativ 326 de milioane de stâlpi de iluminat stradal reprezintă sursa principală a acestei lumini, iar numărul lor urmează să crească la 360 de milioane până la sfârșitul deceniului. Densitatea iluminatului stradal se intensifică rapid spre centrele de populație pentru a lumina drumul a milioane de cetățeni, mașini și camioane aflate în activitatea lor curentă.

Dar iluminatul stradal devine mai mult decât un far care luminează întunericul; iluminatul stradal “inteligent” este copilul de pe afișul orașului inteligent, iluminatul de înaltă tehnologie cu semiconductori care utilizează infrastructura existentă nu numai pentru a oferi o iluminare eficientă din punct de vedere energetic, ci și o platformă rezistentă la vandalism pentru o serie de senzori fără fir care măsoară calitatea aerului, nivelul de iluminare, gradul de ocupare a trotuarelor și chiar senzori audio pentru asistență publică în situații de urgență.

Potrivit Northeast Group, o firmă americană de informații de piață, un sfert (81 de milioane) de stâlpi de iluminat stradal din lume au fost deja convertite la LED-uri, iar 10 milioane au devenit inteligente. Aceste cifre ar urma să se extindă la 263 de milioane și, respectiv, 83 de milioane până în 2029.

Dar ceea ce ascunde acest optimism este imaturitatea iluminatului stradal inteligent. Până în prezent, majoritatea instalațiilor au fost nu mai mult decât niște dovezi de concept care utilizează una dintre numeroasele tehnologii wireless. Unele folosesc IoT celular, altele se descurcă cu tehnologii de standarde deschise care utilizează spectrul radio fără licență, cum ar fi Wi-SUN, iar altele folosesc soluții brevetate, cum ar fi Sigfox sau LoRaWAN.

IMPLEMENTAREA DISPOZITIVELOR INTELIGENTE LA SCARĂ LARGĂ

A existat o convergență redusă în ceea ce privește o singură tehnologie IoT, deoarece, potrivit lui Svein-Egil Nielsen, CTO and EVP R&D and Strategy la Nordic Semiconductor “nu există un standard perfect pentru toate aplicațiile”. De exemplu, IoT celular LTE-M și NB-IoT sunt orientate spre furnizarea de rețele LPWAN cu rază lungă de acțiune, cu cerere de latență redusă, dar care utilizează spectrul licențiat și, prin urmare, atrag costuri pentru date. LoRaWAN necesită construirea unei infrastructuri costisitoare. Lipsa unei soluții wireless adaptate face ca iluminatul stradal inteligent să fie complex, complicat și costisitor – toate acestea sunt lucruri care nu permit autorităților municipale să doarmă noaptea. Ceea ce este necesar pentru ca autoritățile municipale cu probleme de lichidități să poată implementa rapid și ușor iluminatul inteligent – și alte aplicații urbane inteligente la scară largă, cum ar fi coșurile pentru gunoi inteligente, micromobilitatea, transportul public, urmărirea livrărilor și multe altele – este o tehnologie M2M fără fir, cu costuri reduse, la o scară de milioane până la miliarde de dispozitive finale.

Soluția este ascunsă în detaliile unui standard numit International Mobile Telecoms (IMT)-2020 5G. (IMT-2020 5G este un document-cadru adoptat de Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor (ITU) și care detaliază standardele tehnologice din generația a cincea pentru rețelele mobile). DECT New Radio (NR)+ (denumit inițial DECT-2020 NR) promite o tehnologie pentru aplicații IoT masive de tip smart city IoT. Este un standard radio unic, sigur și fiabil, care suportă un ecosistem cu mai mulți furnizori, este pregătit pentru viitor și scalabil. În plus, deoarece utilizează alocarea spectrului radio fără licență, DECT NR+ nu va suporta taxe pentru transferul de date, ceea ce îl face mai ieftin de utilizat decât echivalentele sale licențiate.

“DECT NR+ promite să democratizeze tehnologia wireless 5G, permițând implementarea masivă a dispozitivelor cu toate avantajele tehnologiei celulare, dar la un cost mult mai mic, la scară masivă IoT” explică Kristian Sæther, Product Manager – Cellular IoT la furnizorul de cipuri wireless IoT Nordic Semiconductor.

IoT MASIV (ȘI IEFTIN)

‘IoT masiv’ este un termen inventat pentru a descrie un viitor în care miliarde și, în cele din urmă, trilioane de dispozitive mici vor fi conectate direct la internet. Aceste “lucruri” sunt dispozitive compacte, adesea alimentate de la baterii, cu resurse limitate de energie, de calcul și de memorie.

Ericsson, o mare companie de telecomunicații și susținător al IoT, definește aplicațiile IoT masive ca fiind cele “care sunt mai puțin sensibile la latență și au cerințe de debit relativ scăzute, dar care necesită un volum uriaș de dispozitive cu costuri reduse și consum mic de energie într-o rețea cu o acoperire excelentă”. Compania afirmă că popularitatea tot mai mare a cazurilor de utilizare IoT care se bazează pe conectivitate pe suprafețe mari și care pot gestiona un număr mare de conexiuni determină cererea de tehnologii IoT masive.

Densitatea masivă a conexiunilor IoT este ceva nou. Rețelele celulare existente nu se pot apropia de densitatea necesară. Luați în considerare, de exemplu, centrul orașului Tokyo. Acolo, densitatea populației la mijlocul unei zile de lucru este de aproximativ 6.000 de persoane per kilometru pătrat. Rețeaua de telefonie mobilă este proiectată pentru a face față, probabil, la o treime dintre aceștia care se conectează simultan la rețea. Este impresionant, dar este cu mai mult de două ordine de mărime mai mic decât densitatea dispozitivelor IoT care vor necesita acces la rețelele de mâine.

Această cerere viitoare a fost recunoscută de organismele de stabilire a standardelor atunci când au luat în considerare modul de construire a infrastructurii 5G. De exemplu, documentul IMT-2020 detaliază modul în care rețelele vor satisface cerințele exigente ale consumatorilor și ale industriei prin oferirea unor caracteristici precum o latență de o milisecundă, o “capacitate de trafic zonal” de 10 Mbps pe metru pătrat și o densitate de conectare de un milion de dispozitive pe kilometru pătrat. Specificația detaliază două elemente: tehnologia 5G LTE pentru consumatori și NR pentru alte cazuri de utilizare, inclusiv cerințele unice ale IoT. Și 3GPP, o grupare de organizații de standardizare în domeniul telecomunicațiilor, a adăugat, de asemenea, atât elemente 5G, cât și NR în specificațiile sale IoT, începând cu recenta versiune 15.

Inginerii numesc 5G LTE și elementele NR ale specificațiilor “tehnologii de interfață radio” (RIT – Radio Interface Technologies). RIT-urile îndeplinesc toate cerințele tehnice de performanță în cinci cazuri de utilizare pentru consumatori și industrie; două dintre acestea, ‘urban macro’ Ultra Reliable Low Latency Communication (URLLC), și urban macro (massive Machine Type Communication (mMTC)) sunt RIT-urile care suportă în primul rând aplicațiile IoT.

DECT NR+ a fost adoptat ca RIT (de fapt, un set de RIT sau SRIT) atât pentru URLLC, cât și pentru mMTC. Standardul a fost publicat pentru prima dată de Institutul European de Standarde în Telecomunicații (ETSI) în iunie 2020. De asemenea, acesta este acum recunoscut în cadrul cerințelor IMT-2020 5G. Standardul dă măsura acestor specificații, în special pentru a suporta un milion de dispozitive pe kilometru pătrat.

“DECT NR+ este o bază tehnologică destinată aplicațiilor wireless locale, care poate fi implementată oriunde de către oricine și în cel mai scurt timp,” explică ETSI.

DECT NR+

Tehnologia fără fir DECT are o istorie îndelungată, datând de la începutul anilor 1990, când a devenit populară în cazul telefoanelor fără fir cu o singură celulă pentru locuințe și birouri mici, ca o extensie fără fir a telefoanelor fixe analogice. De asemenea, a fost utilizată și în sistemele telefonice PBX (Private Branch Exchange) utilizate în multe companii, precum și în unele aplicații de securitate la domiciliu, de automatizare și de asistență medicală.

DECT NR+ continuă povestea, deoarece este primul standard 5G necelular. Cu toate acestea, implementarea sa are asemănări fundamentale cu tehnologia celulară. De exemplu, stratul fizic radio (PHY) din DECT NR+ reutilizează tehnici cunoscute de la radiourile celulare, atingând același nivel de fiabilitate dovedit în miliarde de dispozitive comerciale aflate deja în serviciu.

Cu toate acestea, spre deosebire de telefonia celulară, DECT NR+ funcționează în banda globală și scutită de licență de 1,9 GHz, ceea ce reduce semnificativ costurile de implementare prin eliminarea necesității de planificare sau certificare a frecvențelor. “Tehnologia va permite efectiv întreprinderilor să configureze, să gestioneze și să întrețină cu ușurință o rețea IoT wireless 5G privată care conectează până la un milion de dispozitive pe kilometru pătrat, menținând în același timp costul de proprietate scăzut” spune Svein-Egil Nielsen. Și pentru că nu este necesară o infrastructură celulară, DECT NR+ are una dintre cele mai mici amprente de carbon dintre toate tehnologiile IoT masive.

Fiecare nod dintr-o rețea fără fir DECT NR+ poate acționa ca un punct de acces (sau un nod colector (sink)) cu o conexiune directă la internet. Această configurare și funcționare descentralizată permite o rețea mesh care se organizează și se repară singură, cu toate avantajele de fiabilitate asociate. De exemplu, într-o rețea DECT NR+, niciun punct unic de defecțiune nu poate pune la pământ întregul sistem, deoarece traficul poate fi redirecționat automat și rapid în jurul nodului defect. În plus, fiecare nod dintr-o rețea poate acționa ca nod releu – permițând traficului de la un nod să treacă prin atâtea alte noduri câte sunt necesare pentru a ajunge la un nod sink.

DECT NR+ utilizează patru straturi de protocol de rețea – PHY, Controlul accesului la mediu (MAC), Controlul legăturii de date (DLC) și Convergență (CVG) – pentru a gestiona majoritatea funcțiilor de fiabilitate, securitate și administrare a rețelei, eliberând resurse valoroase la nivelul aplicației. Această arhitectură are ca rezultat o latență foarte scăzută între dispozitivele de rețea, chiar și pe distanțe de kilometri. Prin urmare, DECT NR+ nu este doar o tehnologie wireless robustă, ci și o alternativă practică la rețelele cu fir pentru aplicațiile care necesită o latență redusă.

NORDIC ȘI WIREPAS FAC PIONIERAT CU DECT NR+

Nordic are un istoric în ceea ce privește adoptarea timpurie a tehnologiilor wireless cheie în vederea unei comercializări rapide. Tehnologia wireless cu consum ultra redus de putere de 2,4 GHz, Bluetooth LE, IoT celular și alte tehnologii care sunt acum dominante au fost îmbrățișate de companie atunci când acestea erau într-o fază incipientă. Nordic a fost apoi pionier în dezvoltarea fiecăreia dintre acestea, investind sute de milioane de dolari în cercetare și dezvoltare, înainte de a fi printre primii care au introdus pe piață soluții comerciale.

La fel se întâmplă și cu DECT NR+. Inginerii de la Nordic au jucat deja un rol cheie în elaborarea specificațiilor tehnologiei. Compania este principalul contribuitor la PHY și un contribuitor cheie la stratul MAC și continuă să fie editor pentru PHY.

De asemenea, Nordic depune eforturi susținute pentru a comercializa DECT NR+. Partenerul companiei, Wirepas, specialist în software pentru IoT masiv cu sediul în Finlanda, colaborează pentru a accelera dezvoltarea unei soluții DECT NR+ bazate pe seria nRF91 de la Nordic pentru aplicații mMTC. Deoarece alocarea frecvenței DECT NR+ de 1,9 GHz este recunoscută ca o bandă globală fără licență, un singur produs de la Nordic și Wirepas va fi potrivit pentru toate regiunile, reducând costurile. La rândul său, Wirepas dezvoltă o soluție “5G Mesh” bazată pe DECT NR+, pe care o descrie ca fiind “primul produs de conectivitate 5G necelulară din lume”.

“Colaborăm cu Wirepas pentru a accelera o soluție DECT NR+ bazată pe seria nRF91 de la Nordic,” explică Svein- Egil Nielsen. “Odată ce clienții noștri vor pune mâna pe acest produs, cred că este posibil să se declanșeze dezvoltarea multor aplicații noi, care nu erau posibile până acum.”

Tehnologiile existente pentru aplicațiile mMTC oferă o performanță maximă de debit de sub-100 kbps cu o latență, de obicei, de câteva secunde. Prin comparație, soluția DECT NR+ bazată pe seria nRF91 de la Nordic va oferi o lățime de bandă de până la trei megabiți pe secundă cu o latență mai mică de o milisecundă. O astfel de performanță scurtează radical timpul de emisie, economisind energie, și suportă măsuri avansate de fiabilitate și securitate fără penalizări de latență.

OPORTUNITATEA PIEȚEI

Potrivit publicației americane de afaceri Forbes, există deja o piață mare pentru rețelele 5G private pentru aplicații M2M. Ca exemplu, revista subliniază avantajele economice pe care aceste rețele le aduc instalațiilor de producție prin eliminarea firelor sau a cablurilor. Cu o rețea 5G privată, fabricile inteligente pot configura roboți și pot implementa rapid aplicații de inteligență artificială (AI) și de învățare automată (ML) fără a întrerupe linia de producție sau lanțul de aprovizionare.

Apusul rețelelor M2M tradiționale 2G și 3G se dovedește, de asemenea, un catalizator pentru rețelele 5G private.

Dar, până acum, implementarea acestor rețele a stagnat din cauza costurilor prohibitive. Construirea și acordarea de licențe pentru o rețea 5G este complexă, consumatoare de timp și costisitoare. Pentru IMM-uri, acest lucru constituie un eșec din punct de vedere financiar. În plus, chiar și pentru cele care își pot permite, tehnologiile existente nu suportă o densitate de milioane de noduri pe kilometru pătrat. “Până acum, construirea unei rețele 5G private presupunea investiții mari în infrastructură și, prin urmare, tindea să fie doar apanajul marilor întreprinderi,” spune Kjetil Holstad, EVP pentru managementul produselor la Nordic Semiconductor. “Acum, orice companie sau organizație își poate construi propria rețea privată și o poate exploata și optimiza după cum dorește, fără a depinde de un operator de rețea. Și pot face acest lucru folosind o frecvență scutită de licență și disponibilă la nivel global, dedicată acestei tehnologii.”

ÎNDEPLINIREA PROMISIUNII ‘IoT MASIV’

DECT NR+ promite accesul la IoT masiv pentru aplicații M2M la scară largă destinate unor piețe precum cea industrială, agricolă, de urmărire a bunurilor, a orașelor inteligente și a energiei inteligente. Și toate acestea la un cost redus pentru fiecare nod și pe baza unei rețele robuste și eficiente de auto-organizare.

“Acest nou standard IoT 5G a fost veriga lipsă în adoptarea la scară largă a IoT,” spune Teppo Hemiä, CEO al Wirepas. “Știm că astăzi doar cinci la sută din lucrurile care vor fi conectate, sunt conectate. Pentru a conecta restul de 95 la sută, trebuie să renunțăm la modul în care au fost făcute lucrurile în trecut și să îndrăznim să mergem pe o cale diferită.”

Dar, poate chiar mai important decât conectarea a miliarde de dispozitive care până acum duceau o existență solitară, DECT NR+ contribuie la construirea unei planete mai durabile. “Tehnologiile noi și emergente precum 5G pentru IoT masiv vor fi esențiale pentru un viitor incluziv și durabil pentru toți oamenii, comunitățile și țările,” a afirmat secretarul general al UIT, Houlin Zhao, într-o declarație. “În cadrul programului IMT aflat în derulare, membrii noștri din întreaga lume își continuă contribuția de lungă durată la progresul comunicațiilor mobile de bandă largă, promovând misiunea noastră de a nu lăsa pe nimeni în urmă în ceea ce privește conectarea lumii.”

Când această misiune va fi îndeplinită, vom vedea adevărata promisiune a unui IoT masiv.

Acest articol a fost republicat cu permisiunea Wireless Quarter a Nordic Semiconductor. (www.nordicsemi.com/News/Wireless-Quarter)

Nordic Semiconductor

S-ar putea să vă placă și

Adaugă un comentariu