セルラーIoTの調査：コスト、バッテリー、データ

モノのインターネット（IoT）の背後には、さまざまなワイヤレスマシンツーマシン（M2M）テクノロジーがあります。これらのテクノロジーの1つは、セルラーネットワークです。 1979年、日本（日本企業）は最初の商用自動セルラーネットワークを作成しました。それ以来36年間で、セルラーネットワークは、単純なワイヤレス音声通信から複雑なブロードバンド機能を持つように進化しました。

現在、セルラーネットワークは主にモバイルデバイス向けに設計されているため、音声通話やビデオ通話、その他の高データレートアプリケーション向けに調整されています。これらは、これらのブロードバンド使用パターンに合わせて最適化されています。広範囲に及ぶため、IoT開発者はアプリをサポートするためにセルラーに目を向けています。しかし、これは良い考えですか？セルラーはほとんどのM2M接続デバイスに適していますか？より良い代替案はありますか？この記事では、これらの質問（およびその他）について検討します。

セルラーIoTの要素

インフラストラクチャ

おそらく、セルラーIoTを使用することの最も一般的に引用される利点は、ユビキタスカバレッジです。セルタワーはすでにどこにでもあり、主要なネットワークは米国の人口の約99％をカバーしています。そのため、センサーネットワークをすぐに導入したい場合は、セルラーネットワークをすぐに利用できます。

低データレートのIoTアプリケーション用に設計された低電力ワイドエリア（LPWA）ネットワークは、動作可能にするためにインストールおよび展開する必要があります。しかし、多くのエンジニアやIoT開発者が忘れている考慮事項は、これらのネットワークは通常、数平方マイル以上の距離をカバーする必要がないということです。オフィスビル、学校のキャンパス、または農場をカバーするネットワークが必要な場合は、2つのゲートウェイのみを使用するLPWAネットワークで効果的にそれを行うことができます。したがって、独自のゲートウェイをインストールする場合、またはLPWAパブリックネットワークがインストールされるのを待つ場合は、セルラーIoTの地理的な利点はそれほど重要ではなくなります。

バッテリー寿命

セルラーネットワークは、2Gネットワ​​ークが作成されたときに、IoTスペースで重要な展開を獲得しました。アプリケーション開発者とネットワークオペレーターが2Gを気に入った理由は、ストアアンドフォワードアーキテクチャでした。 。ラジオは目を覚まし、データを送信し、受信するためのものを受信し、スリープ状態に戻る可能性があります。ラジオがメッセージを待つために常にオンになっている必要がなかったので、これはバッテリー寿命を大幅に節約しました。

3Gと4Gが作成されたとき、ストアアンドフォワードアーキテクチャは削除され、常時接続のアプローチに置き換えられました。 これは、無線が新しい情報を取得しているときにデバイスに通知するメッセージを常にリッスンしていることを意味します。ネットワークとのこのほぼ一定の通信のために、バッテリーの寿命は打撃を受けます。

LPWAネットワークでは、センサーはデータパケットを送信する必要があるときにスリープ状態になり、ウェイクアップします。ラジオはほとんどの時間スリープしているので、これによりバッテリーは5年から10年の間持ちこたえます（テクノロジーによって異なります）。セルラープロバイダーは、バッテリーの寿命がIoT分野の人々にとって懸念事項であることを認識しており、セルラーはごく少量のデータには不十分であることを理解しています。これらの懸念に応えて、彼らはLTE-Mと呼ばれる新しいプロトコルを提案しました。興味深いことに、ストアアンドフォワードなど、2Gセルラー伝送の要素の一部を取り戻すように実際に設計されています。

これらの機能が復活したとしても、セルラー接続されたM2Mデバイスは、LPWAネットワークよりもはるかに多くの電力とエネルギーを必要とすることに注意することが重要です。 4G-LTEデータのみの電力要件は、新しいLPWANネットワークシステムよりも、送信の場合は10倍（〜120mA対〜12mA）、スタンバイの場合は1000倍（〜2ミリアンペア対〜2マイクロアンペア）です。これは、携帯電話プロバイダーが直面しなければならない課題です。

LTE-Mは来年後半に提案される予定であり、その後、承認され採用される必要があります。 LTE-Mの最初のイテレーションは、2017年後半または2018年に見られる可能性があります。したがって、現在（または今後3年ほど）よりバッテリー効率の高いソリューションが必要な場合は、低電力、ワイドを検討する必要があります。 -エリアネットワーク。

データ送信

セルラーの最新のイテレーション（4GおよびLTE）に関しては、オペレーターがブロードキャストできる44の帯域があります。したがって、デバイスが接続を確立しようとすると、潜在的な帯域幅が十分にあります。

ただし、LTEネットワークはブロードバンド向けに設計されていることを忘れないでください コミュニケーション。 Netflixの視聴やFaceTime通話などのビデオ機能を含む、高品質の音声とデータ用に最適化されています。これは、ビッグデータを移動するように設計されたダンプトラックで完全に満たされた巨大な8車線の高速道路として説明したいと思います。では、ビッグデータを移動する必要がなく、小さなデータパケットを送信するだけでよい場合はどうなるでしょうか？ええと、それらのダンプトラックがいっぱいになる代わりに、それらはデータでいっぱいのシャベルしか持っていません。明らかに、これは非常に非効率的な輸送スキームになります。

多くのM2Mアプリケーションが送信しているのは数百バイト未満であることを覚えておくことが重要です。 毎日。たとえば、アラームパネルは毎日40バイトしか送信しません。デバイスが1時間に30バイトを送信していると仮定したとしても、それは1か月に22キロバイトにすぎません。これは、ギガバイトのデータを対象とした携帯電話会社のデータプランよりも大幅に少なくなります。

だから、私たちのアナロジーに従って、あなたが本当に センサーベースのネットワークと新しいIoTアプリケーションの多くは、大量のデータ負荷で満たされた8車線の高速道路ではなく、自転車専用車線が必要です。それがLPWAネットワークが提供するものです。少量のデータを効率的に移動する方法です。モノのインターネット全体について考えるとき、センサー付きの数百のラジオについて話しているのではなく、数百億について話していることを忘れないでください。 デバイスの。そして、これらすべてのデバイスが明日TCP / IPを実行しているLTEネットワークに表示された場合、ネットワークは完全に破壊されます。

セルラーIoTのコスト

モジュールコスト

非常に大量に購入されたLTEモジュールは、25ドルから30ドルの費用がかかります。非常に大量に購入したLPWAモジュールの価格は約10ドルです。 LPWAネットワークが成熟するにつれて（今後3年以内に）、モジュールあたりの価格は5ドルから10ドルの間で下がるはずです。その10ドルの差はたくさんになる可能性があります 必要になる可能性のある数千（または数百万）のモジュールを掛けた場合の金額。

定期的な料金

現在（主にヨーロッパで）展開されているLPWAネットワークは、年間数ドルの範囲で課金されています。これを今日のセルラーデータ料金（月に数ドルの範囲）と比較すると、これらの数値に展開されている数百万のデバイスを掛け始めると、大きな違いがわかります。多くの組織がLPWAアプリケーションに対して行っているように、独自のインフラストラクチャを展開している場合は、毎月の定期的なコストは発生しないことを忘れないでください。

その他の料金

一部のセルラーシステムで覚えておくべきもう1つのことは、SIM料金、アクティブ化と非アクティブ化の料金など、他のコストがかかることです。ユーザーが注意しないと、これらのタイプの変更が発生する可能性があります。さらに、一部のネットワークでは、データを送信しているかどうかに関係なく、ユーザーに課金します。 LPWAネットワークでも同じことができるかもしれませんが、コストが非常に低いため、わずかな料金になる可能性があります。

どのタイプのネットワークが最適ですか？

最後に、何を決定する必要があります 種類 送信するデータの量と方法 多く 送信するデータ。ジョブに適したツールを選択できます。上記の例えに従って、アプリケーションがデータのダンプトラックを使用する場合、セルラーIoTが目的の方向になる可能性があります。ただし、少量のデータのみを使用している場合（前述のダンプトラックでシャベルがいっぱい）、自転車専用車線を利用してLPWAネットワークを使用することをお勧めします。

利用可能なM2MネットワークのタイプはセルラーとLPWAだけではないことに注意することも重要です。実際、最も人気のある7つのM2Mネットワークに関するホワイトペーパーを作成しました。組織に最適なネットワークオプションをよく理解することをお勧めします。