Pýtate sa, prečo IoT zariadenie jednoducho nepripojíme k rovnakému internetu ako naše počítače alebo mobily? Odpoveď je jednoduchá. Nových zariadení je čím ďalej, tým viac a navzájom by sa rušili. Takéto zariadenia navyše potrebujú špeciálne zaobchádzanie, ktoré bežné siete nemôžu ponúknuť. To je hlavne vzdialenosť, na akú môžu zariadenia komunikovať, a energetická náročnosť.

Ako IoT siete fungujú?

Na jednej strane sú zariadenia rozmiestnené na rôznych miestach po fabrike, kanceláriách alebo farmách. Takéto zariadenia musia odosielať a prijímať dáta. Tu prichádzajú na rad práve IoT siete, ktoré vedia relatívne lacno a rýchlo prenášať dáta z bodu A do bodu B a zase späť. Sieť má za úlohu stať sa spoľahlivou diaľnicou pre dáta medzi zariadeniami a podnikovými aplikáciami. To by nebolo možné, keby telekomunikačné spoločnosti nevybudovali infraštruktúru, akú máme dnes. Preto niet divu, že sa do IoT sietí púšťajú hlavne spoločnosti, ktoré majú s budovaním podobnej infraštruktúry bohaté skúsenosti.

Nízkoenergetické systémy na diaľkový prenos údajov

NFC, Bluetooth, BLE, Wi-Fi, Zigbee a Z-Wave sú technológie s nižším výkonom a kratším dosahom. Na komerčné a priemyselné využitie to väčšinou nemusí byť vhodná voľba. Na komunikáciu na veľké vzdialenosti sú preto vhodnejšie siete označované ako LPWAN (Low-Power Wide Area Network). Typickým príkladom ich využitia je napríklad zber údajov z prevádzkových snímačov na vzdialených miestach, ktoré sa automaticky nahrávajú do cloudu a ďalej spracúvajú. Akú technológiu teda zvoliť?

LoRaWAN

Ak potrebujete riešenie so skutočne veľkým dosahom vonku aj vnútri budov, s nízkou spotrebou energie a nízkymi prevádzkovými nákladmi, odpoveďou môže byť LoRa (z angl. Long-Range). Táto technológia je vhodná pre zariadenia, pri ktorých sa predpokladá obojsmerná komunikácia. To znamená, že zariadenia dáta nielen odosielajú, ale môžu ich tiež prijímať.

Siete LoRaWAN poskytujú nenáročný prenos dát. Vďaka niekoľkým systémom na programovanie ponúkajú vysokú bezpečnosť. LoRa nie je globálny operátor, ale ponúka technológiu, na ktorej si firmy môžu postaviť a prevádzkovať vlastnú nízkoenergetickú sieť pre IoT. Navyše, celý ekosystém LoRaWAN je otvorený. Postaviť a prevádzkovať vlastnú sieť LoRaWAN môže ktokoľvek, rovnako ako sa ktokoľvek môže pustiť do výroby kompatibilných zariadení. Musí len dodržať štandard LoRaWAN. Na trhu je vďaka tomu dostatok snímačov a zariadení za prijateľnú cenu.

LoRaWAN využíva rádiovú komunikáciu, ktorá je určená na prenos menšieho množstva informácií na veľkú vzdialenosť. Veľká výhoda je hlavne v nízkej náročnosti na energiu, takže batérie môžu vydržať až 10 rokov. Rovnako ako Sigfox, aj LoRaWAN pracuje v nelicencovanom pásme na frekvencii 868 MHz. Komunikačnú rýchlosť možno nastaviť v rozmedzí 300 až 50 000 bit/s, čo je viac ako Sigfox, ale menej ako NB-IoT. LoRaWAN má dosah zariadenia 20 km a 2 až 5 km v husto zabývanej oblasti.

Cena za pripojenie a využívanie siete sa odvíja od počtu zariadení pripojených do siete a od objemu prenesených dát. Pri žiadnej sieti nemožno presne povedať, aké budú ročné náklady na prevádzku. Najlepšie je priamo osloviť poskytovateľa a informovať sa.

Sigfox

Sigfox je naproti tomu v podstate globálny prevádzkovateľ siete pre IoT. Funguje podobne ako mobilné siete mobilných operátorov. Sigfox patrí k technológiám so skutočne veľkým dosahom. Zariadenia medzi sebou komunikujú na vzdialenosť až 50 km a 3 až 5 km v husto zabývanej oblasti.

Rýchlosť prenosu dát po sieti je iba 100 bit/s, ale má to svoje dôvody. Rýchlosť je daná predovšetkým obmedzením zo strany Sigfoxu, aby zariadenie poslalo maximálne 144 správ denne s maximálnou veľkosťou 12 bajtov. Práve tým zaisťuje malú spotrebu energie a vďaka tomu môžu zariadenia fungovať 5 až 15 rokov bez výmeny batérie.

Prenos dát funguje podobne ako pri LoRaWAN. Zariadenia odošlú dáta k najbližšej stanici a tá ich prevedie do cloudu. V prípade Sigfoxu je cloud vo Francúzsku. Odtiaľ dáta získavajú firmy a môžu s nimi ďalej pracovať. Pomocou API ich potom prevádzajú do vlastných aplikácií, ktoré dodávajú koncovým zákazníkom. Sigfox je vhodný skôr na jednosmernú komunikáciu.

Rovnako ako pri ďalších sieťach, cenu za pripojenie nemožno jednoducho spočítať. Vždy záleží na počte zariadení a objeme prenesených dát.

NB-IoT

Technológia NB-IoT je najnovšia. Rovnako ako LoRa alebo SigFox sa zameriava na maximálnu efektivitu prenosu dát, takže aj v tomto prípade budete batérie v zariadeniach meniť až po niekoľkých rokoch prevádzky. Sieť využíva licencované pásmo, prenos dát je teda bezpečný. Bohužiaľ ide o takú novú technológiu, že k dispozícii zatiaľ nie sú takmer žiadne zariadenia, ktoré by ste mohli prakticky využiť. Technológiu v súčasnosti podporujú najmä spoločnosti Huawei, Ericsson alebo Qualcomm, ktoré sa zároveň podieľajú na jej vývoji.

Na komunikáciu musia zariadenia podporujúce technológiu NB-IoT obsahovať SIM kartu. Zariadenia majú už v sebe zabudovaný komunikačný modul so SIM kartou, ktorý zákazník pri spustení aktivuje. Následne sa zariadenie prepojí so sieťou NB-IoT a možno navzájom komunikovať.

Rýchlosť prenosu dát dosahuje až 200 000 bit/s. Dosah signálu je okolo 20 km a zariadenie by malo byť schopné komunikovať všade, kde je dostupné LTE.

Na Slovensku stoja za touto sieťou mobilní operátori. Komerčne ju zatiaľ prevádzkuje Telekom a Orange, O2 je vo fáze testov. Operátori využívajú svoju existujúcu infraštruktúru, a teda nemusia budovať novú sieť.

Aj v tomto prípade platí, že bez presného počtu zariadení a objemu prenesených dát nemožno určiť ročnú cenu za jedno zariadenie. Ceny za pripojenie sa výrazne líšia práve s ohľadom na počet zariadení.

A čo mobilní operátori a ich 2G, 3G a 4G siete?

Určite vám napadlo využiť pre IoT aj siete a technológie mobilných operátorov. Tieto technológie môžu prenášať väčšie množstvo dát ako napríklad NB-IoT, Sigfox a LoRaWAN. Pretože ich však prevádzkujú najmä mobilní operátori, treba počítať s tým, že si za svoje služby dajú patrične zaplatiť.

2G, 3G, 4G, 5G… Podľa čoho vyberať?

Medzi sebou sa z pohľadu zákazníka líšia predovšetkým rýchlosťou prenosu dát (5G je najrýchlejší, 2G je najpomalší). Pri výbere si však treba ustrážiť, aké má ktorá technológia pokrytie a tiež na akých frekvenciách využívajú jednotlivé technológie operátori na danom mieste. 2G je často reprezentované systémom GSM a technológiou GPRS. Čo sa týka množstva odosielaných dát, možnosti tejto technológie zodpovedajú požiadavkám väčšiny IoT zariadení celkom dobre. Väčšina mobilných operátorov na celom svete postupne prevádzku GSM ukončuje, aby uvoľnili pásma napríklad pre inteligentné telefóny fungujúce na 4G a 5G sieťach.

3G je dnes ideálny kompromis medzi cenou a výkonom. Pre IoT potreby je to väčšinou stále predimenzované riešenie. No ak spriadate dlhodobejšie plány, počítajte s tým, že väčšina operátorov v budúcnosti upustí aj od technológie 3G a prejde na novšie.

LTE je 4G mobilná technológia, ktorá podporuje oveľa vyššiu dátovú rýchlosť ako predchádzajúce dve generácie. Ak potrebujete vysokú rýchlosť a prenos väčšieho množstva dát, napríklad vysielanie videa vo vysokom rozlíšení, môže byť LTE tým, čo hľadáte. LTE zariadenia (a ich prevádzka) sú však v porovnaní s LoRa, SigFox alebo aj s GMS technológiami pomerne drahé.

5G siete

V súčasnosti sa aj slovenskí operátori pripravujú na nasadenie novej generácie sietí. Tá ponúkne až desaťnásobné zvýšenie prenosovej rýchlosti a zníženie reakčného času v porovnaní so 4G. Od 5G sietí si mnohí sľubujú ekosystém, ktorý si bude oveľa viac rozumieť s IoT. Popri násobne vyššej rýchlosti a nízkej reakcii sa počíta aj s tým, že nová sieť bude schopná obslúžiť až stokrát viac zariadení. A predovšetkým by mala byť energeticky oveľa úspornejšia. Na komerčnú prevádzku 5G sietí si však budeme musieť ešte chvíľu počkať.

Dostupnosť IoT sietí na Slovensku

Slovak Telekom ponúka pre internet vecí dve riešenia konektivity. Prvým sú klasické M2M dátové balíčky, ktoré umožňujú dátovú a hlasovú komunikáciu zariadení, druhým riešením je sieť NB-IoT, ktorá umožňuje jednoducho pripojiť množstvo zariadení na veľkom geografickom území, pričom všetky koncové zariadenia navyše možno na diaľku riadiť a nastavovať pomocou aplikácie alebo webu.

Telekomunikačný operátor Orange sa téme IoT venuje tiež, pričom sa mu podarilo rozšíriť infraštruktúru siete LoRaWAN. V ponuke má dva druhy IoT paušálov: IoT Connect a NB-IoT Smart. Paušál IoT Connect je vhodný na pripojenie zariadení pomocou 2G/3G/4G siete, NB-IoT Smart je paušál na pripojenie NB-IoT zariadení.

Operátor O2 realizuje internet vecí prostredníctvom štandardnej sieťovej infraštruktúry, do ktorej má pripojených niekoľko stotisíc M2M SIM kariet. Týmito SIM kartami sa najčastejšie pripájajú elektromery, platobné terminály, autá, smetné kontajnery a iné. Aktuálne prebieha pilotné testovane technológie NB-IoT vo vybraných lokalitách Slovenska.

Zdroj

[1] Comparison between LoRa and other wireless technologies. MOKOLoRa. [online]. Publikované 14. 9. 2021. Citované 21. 12. 2022. 

[2] LoRaWAN, Sigfox, nebo NB-IoT? Srovnání 3 významných typů IoT sítí. IoTPort. [online]. Publikované 10. 3. 2020. Citované 21. 12. 2022. 

[3] NB-IoT: Najlepší spôsob komunikácie pre internet vecí. Slovak Telekom. [online]. Citované 21. 12. 2022. 

[4] IoT paušály. Orange. [online]. Citované 21. 12. 2022.