Rutronik GmbH
Avtorica: Sarah Brucker
2019_271_27
Kategoriji NB1 in M1 standarda LTE sta vedno bolj priljubljeni. Po podatkih podjetja za tržne raziskave Berg Insight AB v poročilu »Cellular and LPWAN IoT Device Ecosystems« število naprav, ki uporabljajo mobilna omrežja z nizko porabo, vsako leto zraste za povprečno več kot 100 milijonov. Dodaten pospešek opažamo pri standardih z novimi rešitvami z vgrajeno kartico SIM.
Tehnologiji NB1 in M1, ki ju poznamo tudi kot NB-IoT (Narrowband-IoT – ozkopasovni internet stvari) in LTE-M1, sta poenostavljeni različici običajnega standarda LTE (Long Term Evolution, 3.9G). To pomeni, da uporabljata bistveno ožji frekvenčni spekter in imata zato zelo nizko porabo. Ta standarda ponujata večkilometrski doseg in odlično prodiranje v zgradbe, zato nudita popolnoma nove možnosti za uporabo naprav IoT. Tehnologija je posebno primerna za energetsko učinkovite načine uporabe, kjer se ločeno prenašajo majhne količine podatkov. LTE-M ponuja vršno hitrost prenosa iz in v omrežje ~300 kb/s pri oddajni moči največ 20/23 dBm; NB (Narrow Band)-IoT pa celo le ~30/60 kb/s pri enaki oddajni moči.
Omrežja LTE kot temelj
Ker obe tehnologiji temeljita na standardih LTE, lahko uporabljata obstoječa omrežja LTE. To je odločilna prednost podkategorij, saj jih ne odlikuje le robusten in varen prenos podatkov, ampak tudi razširjena omrežja s svetovnim gostovanjem, ki ga je mogoče izvesti hitro in deloma celo le s posodobitvijo programske opreme. Operaterji mobilnih omrežij (MNO – Mobile Network Operator) organizirajo frekvence, določijo velikosti vozlišč in jih širijo glede na regionalne potrebe. Že danes je omrežna pokritost v ZDA, Evropi in Aziji zelo dobra, regionalno je največkrat celo boljša kot pri ponudnikih storitev z dolgim dosegom (Long Range). Tako je tudi zaradi do sedemkrat (pri NB-IoT) ali do štirikrat (pri LTE-M) večjega dosega v primerjavi s standardnim dosegom omrežij LTE.
Prenos podatkov tudi s težko dostopnih mest
Večji dosegi standardov NB1 in M1 pomenijo, da zasilno delovanje v načinu 2G ni več nujno potrebno. Poleg tega je laže dimenzionirati električno napajanje, saj za razliko od GPRS ni treba blažiti dvoamperskih tokovnih konic. Majhni stroški enot, zunanjih vezij, ponudnika interneta in celotne infrastrukture v večini primerov uporabe jasno premagajo druge tehnologije z dolgim dosegom (LongRange).
Tehnologiji NB-IoT in LTE-M sta še posebej primerni za IoT, torej povsod, kjer je treba občasno prenašati majhne količine podatkov tudi s težko dostopnih mest, kot so kleti in kanali, ali na dolge razdalje. Zlasti pri tipalih, ki redno pošiljajo majhne količine podatkov v nadzorno postajo, so mogoči številni načini uporabe. Na področju pametnih števcev je mogoče na primer neposredno prenašati podatke števcev električne energije, vode itd. neposredno do distributerja. Druga poudarjena področja so še infrastruktura, transport, logistika, kmetijstvo, gozdarstvo, nosljive naprave in rešitve Product-as-a-Service za preventivno vzdrževanje ter servisiranje strojev.
Energetsko najvarčnejša tehnologija NB-IoT je tukaj primernejša za fiksno vgrajene naprave, kjer med prenosom praviloma ne prihaja do menjave baznih postaj, tehnologija LTE M1 s hitrejšim prenosom podatkov pa je zato primernejša za mobilne načine uporabe.
nRF91: Varno in -pripravljeno na NB-IoT
Podjetje Nordic Semiconductor se je kot pionir brezžičnih tehnologij z ultranizko porabo zavezalo tudi tem novim vrstam mobilnih komunikacij. Z družino nRF91 ponuja večnačinsko enoto za tehnologiji NB1 in M1. Ta sistem v enem ohišju (SiP – System in Package) ima vgrajen mikrokrmilnik ARM Cortex M33 za uporabniško prilagojeno programiranje aplikacij, tipal in izvršnih členov. Tehnologiji ARM TrustZone® in ARM CryptoCell zagotavljata varen dostop do pomnilnika, tehnologiji TLS ter SSL pa zagotavljata šifriranje podatkov skozi celotno prenosno pot. Bliskovni pomnilnik z možnostjo večkratnega zapisovanja omogoča skupaj z brezžičnimi posodobitvami (Over-the-Air – OTA) tudi naknadne popravke vgrajene programske opreme, protokolnega sklada in aplikacije. Enota samodejno poišče razpoložljiva omrežja LTE-M in NB-IoT ter preklaplja med njimi.
Z vgrajeno enoto Assisted-GPS ali brez enote GPS je na voljo v ohišju velikosti le 10 x 16 x 1,2 mm, tako da sistem SiP nRF91 v primerjavi z drugimi enotami LTE-M in NB-IoT ter ločenimi enotami GNSS porabi le četrtino površine tiskanega vezja in petino prostornine. Jedro M33 v določenih okvirih omogoča pravo računalništvo na robovih (Edge Computing), kar pomeni, da iz terensko pridobljenih podatkov krajevno pridobimo potrebne informacije in jih nato učinkovito pošljemo z mobilno radijsko enoto. To optimizira skupno porabo energije in omejuje količine prenesenih podatkov. Pripadajoči programski razvojni komplet (Software Development Kit) nRF91-SDK vključuje vse pogosto uporabljene protokolne sklade, kot so MQTT, CoAP, http, LWM2M, IPv4, IPv6, DTLS, TLS in TCP.
32 priključkov GPIO omogoča priključitev tipal, lučk LED, tipk in relejev. Kristal, filter SAW in vse pasivne komponente so že vgrajeni v sistem SiP, potreben je le še en 50-ohmski asimetrični vod kot antena.
Pošiljanje brez kartice SIM
Razvoj področja povezovanja poganja tudi nadaljnji razvoj tehnologij NB-IoT in LTE-M. Če smo do zdaj želeli pošiljati ali sprejemati podatke v mobilnem omrežju, smo poleg ustrezne strojne opreme potrebovali še nosilec kartice SIM in fizično kartico SIM. To pomeni več prostora na tiskanem vezju in večjo kosovnico (BoM – Bill of Materials), s tem pa večje stroške. Poleg tega je potrebna še ročna menjava kartic SIM ob menjavi ponudnika. Odgovor so rešitve z vgrajeno kartico SIM (embedded SIM), zlasti integrirana univerzalna kartica z integriranim vezjem (iUICC – integrated Universal Integrated Circuit Card). Njena prednost je, da so funkcije kartice SIM že vgrajene v strojno enoto – to pomeni manj prostora, manjšo kosovnico in manjše stroške, saj je mogoče rešitve z vgrajeno kartico SIM upravljati ter posodabljati na daljavo.
Konkretne rešitve za vgrajene kartice SIM lahko naše stranke dobijo pri našem partnerskem podjetju Telit, vodilnem ponudniku mobilne strojne opreme, povezovanja in rešitev v oblaku, ki svoje radijske enote 2G ponuja pod znamko simWISE. Do konca leta 2018 naj bi tudi enote LTE-M in NB-IoT opremili s tehnologijo simWISE, na primer kombinirano enoto LTE-M ter NB-IoT ME910C1.
Enote simWISE dopolnjuje platforma Telit IoT Cloud Platform. Rezultat je individualna rešitev v oblaku s funkcijami za upravljanje naprav, povezovanja, podatkov in sistema.
