Examen de l'IoT cellulaire :coût, batterie et données

Il existe de nombreuses technologies sans fil machine à machine (M2M) derrière l'Internet des objets (IoT). L'une de ces technologies est le réseau cellulaire. En 1979, Nippon (une société japonaise) a créé le premier réseau cellulaire automatisé commercial. Au cours des 36 ans qui ont suivi, les réseaux cellulaires sont passés d'une simple communication vocale sans fil à des capacités haut débit complexes.

Aujourd'hui, les réseaux cellulaires sont principalement conçus pour les appareils mobiles et sont donc adaptés aux appels vocaux et vidéo et à d'autres applications à haut débit. Ils ont été optimisés pour ces modèles d'utilisation du haut débit. En raison de sa couverture étendue, les développeurs IoT se tournent vers le cellulaire pour prendre en charge leurs applications. Mais est-ce une bonne idée ? Le cellulaire convient-il à la plupart des appareils connectés M2M ? Existe-t-il une meilleure alternative ? Nous examinerons ces questions (et bien d'autres) dans cet article.

Éléments de l'IoT cellulaire

Infrastructures

L'avantage le plus souvent cité de l'utilisation de l'IoT cellulaire est peut-être la couverture omniprésente. Les tours de téléphonie cellulaire sont déjà installées partout et les principaux réseaux couvrent environ 99% de la population américaine. Donc, si vous souhaitez déployer votre réseau de capteurs en un clin d'œil, les réseaux cellulaires sont facilement disponibles.

Les réseaux LPWA (low power, wide area), qui ont été conçus pour les applications IoT à faible débit de données, doivent être installés et déployés pour être opérationnels. Mais ce que de nombreux ingénieurs et développeurs IoT oublient, c'est que ces réseaux n'ont généralement pas besoin de couvrir plus de quelques kilomètres carrés de distance. Si vous avez besoin d'un réseau pour couvrir un immeuble de bureaux, un campus scolaire ou une ferme, vous pourrez le faire efficacement avec un réseau LPWA utilisant seulement quelques passerelles. Ainsi, si vous souhaitez installer vos propres passerelles ou attendre l'installation d'un réseau public LPWA, le large avantage géographique de l'IoT cellulaire devient moins critique.

Autonomie de la batterie

Les réseaux cellulaires ont été largement déployés dans l'espace IoT lorsque les réseaux 2G ont été créés. La raison pour laquelle les développeurs d'applications et les opérateurs de réseau ont aimé la 2G était l' architecture de stockage et de transfert . Les radios pouvaient se réveiller, envoyer leurs données, recevoir qui leur était destinée et se rendormir. Cela a permis d'économiser une grande partie de la durée de vie de la batterie, car la radio n'avait pas besoin d'être allumée tout le temps en attendant les messages.

Lorsque la 3G et la 4G ont été créées, l'architecture de stockage et de transfert a été supprimée et remplacée par une approche toujours active. Cela signifie que la radio est toujours à l'écoute d'un message qui indique à l'appareil lorsqu'il reçoit une nouvelle information. En raison de cette communication quasi constante avec le réseau, la durée de vie de la batterie en prend un coup.

Avec un réseau LPWA, les capteurs se mettent en veille et se réveillent lorsqu'ils ont besoin d'envoyer des paquets de données. Comme la radio est en veille la plupart du temps, cela permet aux piles de durer entre cinq et 10 ans (selon la technologie). Les fournisseurs de services cellulaires ont reconnu que la durée de vie de la batterie est une préoccupation pour ceux qui travaillent dans l'espace IoT, et ils comprennent que le cellulaire est insuffisant pour de très petits bits de données. En réponse à ces préoccupations, ils ont proposé un nouveau protocole appelé LTE-M. Dans une tournure intéressante, il est en fait conçu pour ramener certains des éléments de la transmission cellulaire 2G, comme le stockage et le transfert.

Il est important de noter que même si ces capacités reviennent, les appareils M2M connectés au cellulaire nécessitent toujours beaucoup plus de puissance et d'énergie que les réseaux LPWA. Les besoins en alimentation de données 4G-LTE uniquement sont dix fois plus élevés pour la transmission (~ 120 mA contre ~ 12 mA) et 1 000 fois plus importants pour la veille (~ 2 milliampères contre ~ 2 microampères) que les nouveaux systèmes de réseau LPWAN émergents. C'est un défi auquel les fournisseurs de services mobiles vont devoir faire face.

Le LTE-M devrait être proposé à la fin de l'année prochaine, et il devra ensuite être ratifié et adopté. Nous verrons probablement les premières itérations du LTE-M fin 2017 ou 2018. Donc, si vous avez besoin d'une solution plus économe en batterie maintenant (ou dans les trois prochaines années environ), vous devriez probablement vous tourner vers une faible consommation d'énergie, large -réseaux de zone.

Transmission de données

En ce qui concerne les dernières itérations du cellulaire - 4G et LTE - il existe 44 bandes sur lesquelles les opérateurs peuvent diffuser. Ainsi, lorsqu'un appareil essaie d'établir une connexion, il y a beaucoup de bande passante potentielle.

Mais n'oubliez pas que les réseaux LTE sont conçus pour le haut débit communications. Ils sont optimisés pour une voix et des données de haute qualité, y compris des capacités vidéo, comme regarder Netflix ou passer des appels FaceTime. Nous aimons décrire cela comme une immense autoroute à 8 voies entièrement remplie de camions à benne basculante conçus pour déplacer le Big Data. Alors, que se passe-t-il lorsque vous n'avez pas besoin de déplacer des données volumineuses, vous avez juste besoin d'envoyer de petits paquets de données ? Eh bien, au lieu que ces camions à benne basculante soient remplis à ras bord, ils n'ont qu'une pelle pleine de données. De toute évidence, ce serait un système de transport très inefficace.

Il est important de se rappeler que de nombreuses applications M2M envoient moins de quelques centaines d'octets tous les jours. Une centrale d'alarme, par exemple, n'envoie que 40 octets par jour. Même si vous supposiez qu'un appareil envoyait 30 octets par heure, cela ne fait que 22 kilo-octets par mois. C'est nettement moins que les forfaits de données des entreprises de téléphonie mobile, qui sont destinés à des gigaoctets de données.

Donc, en suivant notre analogie, ce que vous vraiment besoin d'un réseau basé sur des capteurs et la plupart des nouvelles applications IoT ne sont pas une autoroute à 8 voies remplie de charges de données massives - vous avez juste besoin d'une piste cyclable ! C'est ce que fournissent les réseaux LPWA :un moyen efficace de déplacer de petites quantités de données. N'oubliez pas que lorsque vous pensez à l'Internet des objets dans son ensemble, vous ne parlez pas de quelques centaines de radios avec capteurs, vous parlez de des dizaines de milliards d'appareils. Et si tous ces appareils apparaissaient demain sur un réseau LTE exécutant TCP/IP, cela écraserait complètement le réseau.

Coût de l'IoT cellulaire

Coûts des modules

Un module LTE acheté en très gros volume coûtera entre 25$ et 30$. Un module LPWA acheté en très gros volume coûtera environ 10 $. À mesure que les réseaux LPWA arriveront à maturité, au cours des trois prochaines années, le prix par module devrait baisser entre 5 et 10 $. Cette différence de 10 $ peut être beaucoup d'argent lorsqu'il est multiplié par les milliers (ou millions) de modules qui peuvent être nécessaires.

Frais récurrents

Les réseaux LPWA qui sont déployés aujourd'hui (principalement en Europe) coûtent quelques dollars par an. Comparez cela aux frais de données cellulaires d'aujourd'hui - de l'ordre de quelques dollars par mois - et vous verrez une grande différence lorsque vous commencerez à multiplier ces chiffres par les millions d'appareils déployés. N'oubliez pas que si vous déployez votre propre infrastructure, comme le font de nombreuses organisations pour leurs applications LPWA, il n'y a pas de coût récurrent mensuel.

Frais divers

L'autre chose à garder à l'esprit avec certains systèmes cellulaires est qu'il y a d'autres coûts, comme les frais SIM, les frais d'activation et de désactivation, etc. Ces types de changements peuvent s'accumuler si les utilisateurs ne font pas attention. De plus, certains réseaux factureront les utilisateurs, qu'ils transmettent ou non des données. Les réseaux LPWA peuvent faire la même chose, mais le coût est tellement inférieur qu'il peut s'agir de frais minimes.

Quel type de réseau est le meilleur ?

En fin de compte, vous devez déterminer quoi gentil des données que vous envoyez et comment beaucoup données que vous envoyez, afin que vous puissiez sélectionner le bon outil pour le travail. En suivant l'analogie ci-dessus, si vos applications utilisent un camion à benne basculante de données, alors l'IoT cellulaire peut être la direction dans laquelle vous voulez aller. Mais si vous n'utilisez que de petites quantités de données - une pelle pleine dans ledit camion à benne basculante - vous feriez mieux de prendre la piste cyclable et d'utiliser un réseau LPWA.

Il est également important de noter que les réseaux cellulaires et LPWA ne sont pas les seuls types de réseaux M2M disponibles. En fait, nous avons rédigé un livre blanc sur les sept réseaux M2M les plus populaires et nous vous suggérons de jeter un coup d'œil pour mieux comprendre quelle option de réseau convient le mieux à votre organisation.