För ett decennium sedan var förhoppningarna höga på cellulära nätverk som driver tillväxten av massiv IoT. I själva verket förutspådde Cisco och Ericsson var och en att marknaden för anslutna enheter skulle nå 50 miljarder enheter år 2020, enligt en färsk rapport från Enterprise IoT Insights. Men den totala IoT-marknaden har vuxit långsammare än förutspått då, med endast 12.4 miljarder totala IoT-enheter nu i omlopp mer än ett år efter att tidsramen för dessa förutsägelser tog slut. LPWAN-lösningar som LoRaWAN kan dock enkelt anpassa sig till IoT-applikationsbehov och kommer att ha en större inverkan på massiv IoT.
Massivt IoT består av ett stort antal lågkomplexa, lågkostnadsenheter anslutna till nätverk som stöder relativt låga genomströmningshastigheter. Denna kombination av sensoraktiverade enheter och nätverk som är specialbyggda för IoT förändrar hur företag fungerar, hur offentlig infrastruktur övervakas och hur organisationer närmar sig hållbarhetsinitiativ. Så det är lätt att se varför förhoppningarna var höga för mobilnät för 10 år sedan. När allt kommer omkring var mobilanslutning dominerande för andra typer av enheter. Operatörer hade redan infrastrukturen på plats, så varför skulle det inte vara lätt att använda den för att driva massiva IoT? Det verkade alltid som om tillväxten av massiv IoT bara var några år bort. Sen några till. Alltid strax över horisonten.
Cellular IoT -utmaningar
Det visade sig att IoT-distributioner i stor skala behövde teknologier som inte fanns när dessa förutsägelser gjordes. Bland andra utmaningar fanns det en obalans mellan infrastrukturkostnader, krav på enhetens batterilivslängd och tillgänglighet. Mobiloperatörer försökte använda tekniker som inte var specialbyggda för IoT för att ansluta de miljarder enheter som förutspåddes.
Av de IoT-enheter som för närvarande används, 2G och 3G representerar majoriteten av cellulär IoT-anslutning, med 53.1 procent som använder det ena eller det andra. Det är problematiskt eftersom operatörerna håller på att tappa dessa äldre teknologier, där deras ersättare fortfarande kämpar för att få dragkraft. I år stänger operatörer som AT&T och T-Mobile ner sina 3G-nätverk, och 2G-nätverk har redan gått ner över större delen av världen, med delar av Europa att följa. 47 procent av användarna blev inte underrättade om nätverksavstängningar, vilket skapade en osäker väg framåt.
Cellulär LPWAN (Low Power Wide Area Network) Teknikerna har vuxit de senaste åren i takt med att kraven på användningsfall har blivit tydligare, men även i deras mest dominerande regioner fortsätter utmaningarna att ligga framför sig. Ta Kina till exempel. Det är den topp och snabbast växande marknaden för NB-IoT och Cat-M1, med 100 miljoner cellulära LPWAN-chipset sålda i regionen 2020, enligt interna uppskattningar av Sequans. Resten av världen stod bara för 5 miljoner NB-IoT-chipset enligt deras uppskattning. I Kina gjorde dataplaner och investeringar i infrastruktur det möjligt för tekniken att spridas, men även där kämpar hårdvaruleverantörer för att göra vinst.
Låt oss ta en titt på tre cellulära IoT-utmaningar och hur LoRaWAN kan ge lösningen.
#1: kostsam anslutning
Speciellt infrastrukturkostnader har varit ett av de största hindren för storskaliga IoT-distributioner med mobilnät. Cellular kräver kostsam infrastruktur för att stödja det, inklusive torn som kan kosta mer än $100,000 XNUMX att bygga, dyra gateways och omfattande arbete som krävs för nätverksinstallation och löpande hantering. På grund av den inneboende implementeringsmodellen för cellulära nätverk kan operatörer inte bygga ut nätverk på begäran till skillnad från olicensierade LPWAN-lösningar som LoRaWAN, som enkelt kan anpassa sig till IoT-applikationsbehov. LoRaWAN-hårdvara har också en lägre styckkostnad (BOM), vilket leder till lägre totala infrastruktur- och lösningskostnader jämfört med mobilbaserade lösningar.
Det är till och med innan man överväger funktionalitetsskillnader inom kritiska områden som slutenhetens strömförbrukning och dess associerade kostnader vid massiva implementeringar. Kommunikationsprofilen för NB-IoT:s vanligaste användningsfall, såsom tillgångsspårning, smart mätning och wearables, resulterar i hög strömförbrukning för mobila enheter. Att stödja mer strömkrävande enheter leder oundvikligen till batteriförbrukning, vilket accentueras av NB-IoT:s inneboende "prattigare" natur.
När enheter väl har distribuerats, förbrukar uppdateringar av firmware för cellulära enheter vanligtvis betydligt längre batteritid jämfört med LoRaWAN-enheter, vilket gör LoRaWAN till en mer hållbar lösning för projekt som behöver pågå längre i fält.
Enligt Semtech, LoRaWAN fungerar med tre till fem gånger mindre effekt än NB-IoT totalt sett. Batterier som använder NB-IoT håller inte heller lika länge, som ABI Research fann att LoRaWAN-enheters batterilivslängd varar mer än fem år längre i genomsnitt, vilket ger längre livslängd, beroende på användningsfallet. En grupp forskare från University of Bologna, University of Trento och Integrated Systems Laboratory fann att LoRaWAN-batteritiden kan vara upp till 10 gånger längre än NB-IoT i vissa applikationer, enligt deras experimentella data med hjälp av sensorer utvecklade för att övervaka strukturell integritet.
#2: Fläckig täckning och färre alternativ
På grund av försenade utrullningar av NB-IoT- och CAT-M1-distributioner har cellulära IoT-lösningar inte implementerats i stor skala. LoRaWAN växer dock snabbt på grund av flexibiliteten i implementeringsmodeller och växande interoperabilitet mellan nätverksoperatörer, vilket kommer att erbjuda global täckning inom en mycket nära framtid.
Det finns nu mer än 160 länder med offentliga LoRaWAN-nätverk, enligt LoRa Alliance, jämfört med 64 länder med NB-IoT eller LTE-M-operatörer, enligt GSA. Bristen på nätverk i kombination med interoperabilitetsproblem gör det avsevärt svårare att hantera distributioner på olika platser med hjälp av cellulär IoT-teknik. Å andra sidan upplever LoRaWAN-nätverk betydande tillväxt. Med integrationen mellan olika marknät och satellitanslutningar, tillsammans med framsteg som LoRa Alliances LR-FHSS överföringsdatahastighet, har samarbeten som Multimodal IoT Infrastructure Consortium (MMIIC) ger en väg till 100 procent global täckning 2022.
Vidare har certifierade cellulära slutenheter varit långsamma på marknaden och påverkas negativt av solnedgången för 2G och 3G som tidigare nämnts. Omvänt erbjuder LoRa Alliance ett robust enhetscertifieringsprogram som ger slutanvändare förtroende för att sensoraktiverade slutenheter är kompatibla med LoRaWAN-specifikationen. Slutenhetsöverensstämmelse säkerställer korrekt beteende på nätverket, minskar supportkostnaderna och förhindrar produktfel senare när det är dyrare att åtgärda.
Denna typ av policy och reglering kommer att gå långt för att säkerställa tillförlitligheten hos slutenheter som förväntas hålla i årtionden inom området.
Vissa operatörer ger till och med upp NB-IoT, vilket NTT DoCoMo och Dish Network båda gjorde under det senaste året när de flyttade fokus till Cat M1, LTE-M respektive 5G. Det råder mycket förvirring om vilken cellulär teknik som kommer att vinna, och det är någons gissning – även bland mobiloperatörer.
#3: 5G är inte lösningen
NB-IoT och Cat M1 är båda 4G-tekniker som är kompatibla med 5G, så de drar fördel av 5G:s hype. När solnedgången för 2G och 3G närmar sig positionerar 5G sig som lösningen som kommer att fylla tomrummet när över hälften av de nuvarande cellulära IoT-anslutningarna inte längre fungerar. Företagsantagandet är dock minimalt hittills, med endast 290 offentligt avslöjade privata 5G-nätverk globalt, och spektrumtillämpningar för 5G har märkbart minskat.
Medan NB-IoT och Cat M1 stöds av 5G för att erbjuda en cellulär lösning för massiva IoT-distributioner, är de alla långt ifrån att fylla tomrummet. I det långa loppet kommer flera IoT-tekniker att samexistera för att maximera avkastningen på IoT-distributioner. Cellulär teknik kommer att stödja användningsfall som kräver kontinuerlig kommunikation, högre datahastigheter eller lägre latens, och LoRaWAN kommer att fungera som den primära tekniken för användningsfall som kräver lång räckvidd, djup penetration inomhus, batteridrivna enheter, täckning i utmanande miljöer och implementeringar som kräver en blandning av offentliga och privata nätverk.
Ansluter de Unconnected med LoRaWAN
LoRaWAN är redo att ge storskaliga IoT-distributioner den kostnadsstruktur och flexibilitet de behöver. Det ger en längre räckvidd, längre batterilivslängd, bättre spridningsegenskaper och mer energieffektivt underhåll, vilket kombineras för att effektivt stödja fler användningsfall. Det är alla anledningar till att ABI Research förväntar sig att LoRaWAN kommer att stå för mer än hälften av alla icke-cellulära LPWAN-anslutningar till 2026.
Räckvidden för LoRaWAN är särskilt viktig, eftersom den har potential att nå miljöer som är svåra för cellulära signaler att penetrera eller som saknar cellulär infrastruktur. Allt från lantliga och robusta miljöer till inomhus och till och med djupt inne i solida strukturer dra nytta av LoRaWANs utbredningsegenskaper.
Säkerhet är en annan viktig skillnad, eftersom cellulära signaler har potential att fångas upp när de hoppar från en punkt på nätverket till en annan. LoRaWAN erbjuder end-to-end-säkerhet inbyggd i protokollet. LoRaWAN stöder också offentliga, privata och hybridmodeller, vilket ger företag extrem flexibilitet i hur de distribuerar sin nätverksinfrastruktur.
Över 500 medlemmar av LoRa Alliance samarbetar nära för att främja det öppna globala protokollet, och det är utformat för att stödja 20+ års användning på fältet, jämfört med 3GPP:s femåriga cykler med introduktion av nya protokoll och utfasning av äldre. Att ytterligare befästa LoRaWANs status som en pålitlig, öppen standard, International Telecommunication Union (ITU) nyligen godkänd det som en global standard för LPWAN.
Slutspelet
First mover banar vägen för att nå den senaste förutsägelsen från IoT Analytics om en miljard LoRaWAN-enheter till 2025. De stöds av de innovativa implementeringsmodellerna och partnerskapen som den mobila marknaden fortsätter att sakna. Med LoRaWAN som används för att instrumentera den fysiska världen med sensorer som håller i mer än ett decennium och uppdateras direkt när det behövs, är kunderna fria att utforska obegränsade användningsfall och börja dra nytta av de insikter som deras data kan generera. Potentialen med massiv IoT frigörs äntligen.
