Internecie Rzeczy – czym jesteś ?
Termin IoT (Internet of Things) w ostatnich latach traktowany jest jak słowo “wytrych”, “buzzword” wykorzystywany przez operatorów, producentów urządzeń i konsultantów do swoich celów, głównie marketingowych. Jedni podchodzą do Internetu Rzeczy jak do innowacji, całkowicie nowego obszaru, rewolucji technologicznej. Inni uważają ten termin za nową nazwę dla, od dawna istniejących, technologii takich jak np. M2M w sieciach 2G i 3G. Jak zwykle diabeł tkwi w szczegółach. Mnogość technologii, filozofii i możliwych zastosowań jest tak szeroka, że nie trudno o ból głowy. Spróbujmy to jakoś usystematyzować.
Na rysunku przedstawiono zależność wydajności energetycznej do możliwości skali.
Wydajność energetyczna w tym przypadku oznacza ilość energii jaka jest potrzebna do działania danej technologii. Czym wyżej na skali tym urządzenia bardziej efektywne kosztowo oraz mniej energii potrzebują do przesłania danych.
Na drugiej osi zaprezentowana jest możliwa skala/ zasięg do osiągnięcia przez dane rozwiązanie. Na przykład w sieci 2G, 3G, 4G jesteśmy w stanie osiągnąć olbrzymią skalę, zarówno jeżeli chodzi o zasięg działania urządzeń jak i ich ilość natomiast efektywność energetyczna jest mała. W tym przypadku utrzymanie sesji sieci i sama transmisja jest bardzo kosztowna energetycznie.
Każda z tych technologii nadaje się do używania w specyficznych rozwiązaniach IoT. Każda z nich ma swoje plusy i minusy. Niektóre z nich istnieją od dawna, inne dopiero co się pojawiły i zaczynają dynamicznie rozwijać.
Sieci LPWAN
Dla mnie najbardziej interesująca grupa technologii to te, które określane są mianem sieci LPWAN (Low-Power Wide Area Network). Główne technologie tego typu to NarrowBand-IoT, Sigfox
i LoRaWAN.
Wysoka efektywność energetyczna przy możliwości osiągnięcia ogromnej skali i zasięgu w praktyce oznacza, że możliwe jest działanie urządzenia przez wiele lat korzystając tylko z zasilania bateryjnego podczas gdy zasięg osiągany podczas transmisji danych jest znaczny. W tym wypadku mówimy
o urządzeniach które potrafią przesłać dane na odległość 10km działając na zasilaniu bateryjnym przez okres 10 lat. Osiągi te zależą od zastosowania do jakiego wykorzystujemy LPWAN. Detektor otwarcia włazu studzienki kanalizacyjnej może wysyłać wiadomość serwisową raz dziennie
i ewentualnie informację o wystąpieniu zdarzeniu otwarcia włazu. Lokalizator przedmiotu wysyłając informacje o lokalizacji raz na 15 minut będzie miał czas działania parokrotnie mniejszy.
Konsekwencją małego zapotrzebowania na energie służącą do transmisji danych jest fakt, że rozwiązania wykorzystujące sieci LPWAN są wysoce autonomiczne i mają niski koszt utrzymania. Nie ma konieczności częstej wymiany baterii czy regularnego serwisowania urządzenia. Koszty instalacji również spada, nie ma konieczności przygotowywania podłączenia do sieci energetycznej, czy innej dostępnej instalacji prądowej.
Coś za coś.
Opisane przewagi osiągnięte są pewnym kosztem. Jest to szybkość transmisji. Sieci LPWAN są konstruowane w taki sposób żeby przesyłać małe ilości danych. Przykładowo w sieci Sigfox można przesłać w jednym komunikacie do 12 bajtów danych. Wystarczy to na poinformowanie o zdarzeniu, przesłanie danych z licznika lub przekazaniu informacji o koordynatach GPS. W technologii LoRa prędkość transmisji wynosi do 10 Kbps. Jednakże w praktyce, żeby osiągnąć jak największe zasięg
i ograniczyć zużycie energii wykorzystuje się przepływność rzędu 250bit/s.
Po co to wszystko? Potencjalne zastosowania LPWAN.
Najłatwiej zastosowanie dla sieci LPWAN można znaleźć w telemetrii. Istnieją urządzenia, które da się zainstalować na istniejących miernikach mediów dzięki czemu jest automatyzowany ich odczyt. Narzędzia te, oprócz przekazywania informacji o odczytach licznika, mogą również wykryć nieprawidłowości w funkcjonowaniu sieci dosyłowych na skutek czego operatorzy mogą zmniejszyć straty związane z nadużyciami popełnianymi przez klientów (wykrywanie fraudów). Urządzenie wykrywa również i przesyła informację o wycieku wody z instalacji wodnej, dzięki czemu dostawca wody może poinformować lokatora o wycieku w jego lokalu i w około tej funkcjonalności zbudować usługę dodaną dla swoich klientów, zwiększając przychody.
Monitoring i lokalizacja dóbr niepodłączonych. Wiemy o mnogości zastosowań monitoringu pojazdów i całych flot. Jednakże nasze pojazdy posiadają źródło zasilania co czyni je idealne do zastosowania technologii GSM. Trudno jednakże wyobrazić sobie monitorowanie w ten sam sposób walizki, wózka sklepowego, sprzętu budowlanego, roweru czy psa. Sieci typu LPWAN rozwiązują problem monitoringu i lokalizacji dóbr, które nie posiadają własnego źródła zasilania. System rowerów miejskich, który nie wymaga budowy stacji uruchomiony został w Singapurze na sieci Sigfox. Różnego rodzaju trackery, które wystarczy wrzucić do schowka w samochodzie, przyczepić do wózka lub schować w walizce już funkcjonują i potrafią działać na zasilaniu bateryjnym wiele miesięcy i lat. Istnieją urządzenia wielkości breloczka na klucze, które można przyczepić zwierzętom do obroży, dzięki czemu zna się ich położenie. W odróżnieniu od swoich odpowiedników działających na sieci Bluetooth nie wymagają do poznania lokalizacji przedmiotu, osoby z zainstalowaną aplikacją, która znajdzie się w pobliżu.
Zresztą monitoring może być prowadzony na wiele sposobów. Można zrealizować go wykorzystując urządzenie, które wykrywa swój ruch i przesyła informacje o tym fakcie za pomocą sieci LPWAN. Mocując je na drzwiach na działce można w ten sposób dowiedzieć się o ich otwarciu. Podobne zastosowanie można wyobrazić sobie podczas monitoringu infrastruktury kolejowej czy telekomunikacyjnej.
Wykorzystując LPWAN da się podłączyć do sieci IoT przedmioty jednorazowego użytku, takie jak koperta czy butelka PET. Sigfox na jesiennej konferencji w Pradze pokazał “podłączoną” kopertę. Elektronika naklejona w jej wnętrzu jest wyposażona w ilość energii wystarczającej tylko na wysłanie jednego komunikatu w momencie otwarcia koperty. Koszt chipsetu obecnie szacowany jest na około 1zł. Komercyjne rozwiązanie produkowane w skali ma jeszcze zbić tą niską cenę. Semtech, właściciel patentu na transmisje radiową w standardzie LoRa również zapowiedział na ten rok premierę podobnego rozwiązania.
Kolejnym pomysłem jest zastosowanie sieci LPWAN do podłączenia różnego rodzaju przycisków. Za ich pomocą można wezwać pomoc, zamówić kończący się produkt w sklepie czy zbadać satysfakcję klienta. Łatwość wdrożenia tego typu rozwiązania jest kluczowa. Dzięki możliwości długiego działania na zasilaniu bateryjnym i braku konieczności integracji z lokalną infrastrukturą IT jest to idealne rozwiązanie dla tych przypadków gdzie konieczne jest szybkie i tanie wdrożenie rozwiązania. Można wyobrazić sobie badanie satysfakcji klienta wykonywane przez zewnętrzną firmę jako usługę, gdzie do badania wykorzystane są tanie w instalacji i utrzymaniu przyciski, a po badaniu po prostu je zdemontować i użyć je u innego klienta.
Technologie IoT pomogą również w optymalizacji już istniejących produktów i usług lub tworzeniu nowych. Przykładowo, producent AGD montuje moduły IoT w swoich pralkach w celu zbierania danych na temat sposobu używania urządzenia. Dzięki czemu może dopasowywać kolejne swoje produkty do potrzeb klientów, może ostrzec klienta o nieprawidłowym funkcjonowaniu pralki i konieczności wymiany podzespołu przed krytyczną awarią. W tym wypadku użytkownik nie musi konfigurować połączenia pralki z lokalną siecią WiFi lub Bluetooth. Oddzielną kwestią jest jakie dane mają być zbierane i w jaki sposób przetwarzane za naszą zgodą.
Co dalej ?
Największą przeszkodą w budowaniu produktów i usług wykorzystujących sieć LPWAN jest brak jej osiągalności w całej Polsce. Wydaje się, że najbliżej uruchomienia NB-IoT o zasięgu ogólnopolskim jest T-Mobile.
Na terytorium Warszawy istnieją co najmniej dwie sieci oparte na LoRaWAN w tym jedna z której można skorzystać za darmo w celu budowy produktu dla mieszkańców stolicy. Sigfox również działa testowo na terytorium Warszawy z planami rozpoczęcia budowy ogólnopolskiej komercyjnej sieci
w tym roku.
Z drugiej strony mało jest jeszcze dostępnych urządzeń IoT wykorzystujących LPWAN, których producenci są w stanie dostarczyć swój produkt w dużej skali. Spora część to zagraniczne start-up’y badające zapotrzebowanie na ich pomysły.
Na świecie, głównie w Europie, istnieje wiele sieci LPWAN, które działają komercyjnie. Sieci takie uruchomiły KPN w Holandii wykorzystując LoRa, Orange we Francji również na LoRa. Sigfox dostępny jest w dużej części krajów zachodniej i południowej Europy.
Miejmy nadzieje, że któreś z rozwiązań wkrótce zacznie funkcjonować komercyjnie w Polsce,
a tymczasem pozostaje nam czekać i obserwować rozwój sytuacji w tym segmencie szerokiego pojęcia jakim jest Internet Rzeczy.
Autor, Tomasz Brzozowski, Członek Zarządu LoVo SA. Odpowiedzialny za dział Research&Development. Studiował w Polsko-Japońskiej Akademii Technik Komputerowych na wydziale Informatyka ze specjalizacją Inżynieria oprogramowania i bazy danych. Specjalista z dziedziny oprogramowania dla platform telekomunikacyjnych. Ekspert technologii IoT. W LoVo odpowiedzialny za projekt i współtwórca pierwszej w Warszawie otwartej sieci IoT/LPWAN.