Le reti dell'Internet degli oggetti (IoT) espanderanno in modo massiccio l'uso delle comunicazioni mobili al di là di smartphone e tablet a una straordinaria gamma di applicazioni e dispositivi connessi, compresi molti prodotti che non sono ancora stati inventati.
Sebbene molte applicazioni IoT richiedano solo connessioni wireless a corto raggio, un numero significativo richiede connessioni a lungo raggio. Ne sono un esempio i contatori dei servizi pubblici, i sensori che monitorano i terreni agricoli o i moduli telematici che tracciano i camion su percorsi fuori strada.
È qui che entra in gioco l'IoT cellulare (come i router industriali), in particolare i due standard IoT cellulari che sono destinati a dominare il mercato: NB-IoT e LTE-M. Esploriamo questi due standard, i loro potenziali utilizzi e alcune opzioni di implementazione per i produttori di dispositivi che desiderano aumentare la connettività cellulare.
Perché abbiamo bisogno di NB-IoT e LTE-M
LTE-M (Long Term Evolution of Machines) e NB-IoT (Narrowband Internet of Things) sono standard creati dal 3GPP, l'organizzazione responsabile degli standard LTE e 5G. Consentono agli operatori di sfruttare l'infrastruttura cellulare esistente per supportare un'ampia diffusione dei dispositivi IoT. Poiché operano in uno spettro con licenza, sono sicuri, affidabili e forniscono una qualità di servizio garantita.
Sia l'LTE-M che l'NB-IoT sono comunicazioni machine-to-machine (M2M), note anche come comunicazioni di tipo macchina (MTC). Queste comunicazioni consentono di realizzare applicazioni come le smart city, il monitoraggio ambientale, il tracciamento degli asset e altro ancora.
Naturalmente, i carrier utilizzano già le vecchie reti 2G e 3G per alcune applicazioni IoT, come il monitoraggio delle flotte. Ma LTE-M e NB-IoT sono diversi perché progettati e ottimizzati per i dispositivi IoT che possono comunicare piccole quantità di dati per lunghi periodi di tempo. Di conseguenza, sono più semplici e hanno un overhead molto inferiore rispetto agli altri standard cellulari. Si converte in:
Il consumo energetico estremamente ridotto garantisce al dispositivo una durata della batteria fino a 10 anni. Per questo motivo queste reti sono talvolta chiamate Low Power Wide Area Networks (LPWAN).
Ottima copertura, ampio raggio d'azione, diverse volte migliore dell'LTE.
Hardware a basso costo grazie alla ridotta complessità e alle economie di scala.
Ogni stazione base può ospitare fino a 100.000 o più dispositivi, perché ogni dispositivo ha requisiti di velocità di trasmissione dei dati molto bassi e la tecnologia software ottimizzata consente alla stazione base di comunicare con un gran numero di dispositivi IoT.
NB-IoT e LTE-M sono i naturali successori dei vecchi standard cellulari per le applicazioni esistenti, e guideranno anche lo sviluppo di applicazioni completamente nuove. Immaginate se le amministrazioni locali potessero determinare quando i cassonetti devono essere svuotati, identificare i parcheggi liberi e monitorare automaticamente le condizioni ambientali e stradali.
Il diagramma seguente mostra alcuni dei casi d'uso dell'IoT supportati dalle applicazioni MTC su larga scala e MTC critiche. L'MTC su larga scala si basa su tecnologie LPWAN, tra cui NB-IoT e LTE-M, mentre l'MTC critico richiederà comunicazioni in tempo reale con latenza molto bassa ed elevata affidabilità.
Differenze tra LTE-M e NB-IoT
The table below compares the characteristics of LTE‑M and NB‑IoT. The biggest differences are bandwidth and voice support, but for practical purposes the differences to IoT device developers are likely to be minor. NB‑IoT may use less power and the required hardware may be slightly more complex.
La potenza dell'IoT cellulare
Forse il motivo principale per cui NB-IoT e LTE-M sono così importanti è il loro enorme slancio nel settore. Secondo GSMA*, a luglio 2018 gli operatori hanno lanciato 58 reti NB-IoT e LTE-M, coprendo la maggior parte dei principali mercati del mondo.
La Cina ha già standardizzato l'NB-IoT, creando un mercato potenzialmente ampio che può contribuire allo sviluppo di soluzioni IoT. Negli Stati Uniti, alcuni operatori (tra cui Verizon e AT&T) hanno lanciato prima le reti LTE-M, ma sono previste anche reti NB-IoT.
Cosa conta per i produttori di dispositivi?
Nei prossimi anni, probabilmente vedremo migliaia di aziende progettare nuovi prodotti per sfruttare le opportunità offerte dall'IoT cellulare. Ecco alcune considerazioni chiave per i produttori di dispositivi:
È importante considerare i passi necessari per ottenere la certificazione dell'operatore necessaria per connettersi a una rete autorizzata. Sfruttare l'esperienza dei partner RF può aiutare a superare questa sfida.
Le reti NB-IoT e LTE-M saranno fortemente supportate per massimizzare le vendite potenziali. Fortunatamente sono emersi chipset dual-mode, che consentono ai produttori di dispositivi di realizzare un unico prodotto da distribuire a livello globale.
Si prevede che molti dispositivi IoT funzionino in modo affidabile sul campo fino a 10 anni senza bisogno di manutenzione. Pertanto, i componenti IoT cellulari devono essere estremamente affidabili e le parti di ricambio devono essere disponibili a lungo termine.
NB-IoT e LTE-M sono solo all'inizio. Nei prossimi anni, queste reti cellulari a basso consumo apriranno le porte a una serie di nuove applicazioni, collegando miliardi di dispositivi che devono essere connessi in remoto e prolungando la durata della batteria. Per i produttori di dispositivi IoT, garantire che i prodotti supportino entrambi gli standard massimizzerà le opportunità.
