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
La tabella seguente mette a confronto le caratteristiche di LTE-M e NB-IoT. Le differenze maggiori riguardano la larghezza di banda e il supporto vocale, ma a fini pratici le differenze per gli sviluppatori di dispositivi IoT saranno probabilmente minime. NB-IoT può consumare meno energia e l'hardware richiesto può essere leggermente più complesso.
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.