NarrowBand Internet of Things, NB-IoT - беспроводная технология семейства LPWAN для Интернета вещей, реализуемая на базе инфраструктуры сотовых сетей и стандартизированная консорциумом 3GPP релизом 13: LTE-Advanced Pro.

В создании релиза участвовали производители оборудования для сотовых операторов: Huawei, Ericsson, Qualcomm и Vodafone. Каждый из них преследовал свои интересы и предлагал выгодные для себя технические решения.

Благодаря широкому распространению и удачному названию, под NB-IoT зачастую подразумевают три разные технологии, принятые релизом 13 3GPP:

EC-GSM (EC-GSM-IoT)

Extended Coverage – GSM – Internet of Things (EC-GSM-IoT) технология основана на стандарте eGPRS. Изменения, внесенные в eGPRS, позволяют использовать большинство установленных базовых станций для общения с EC-GSM-IoT устройствами без замены или модернизации аппаратного обеспечения. Вместе с тем, заявлено, что для работы EC-GSM-IoT потребуется обновление ПО существующего оборудования.

LTE Cat-M1

LTE Cat-M1 - дополнение стандарта LTE с более высокими параметрами энергоэффективности. Заявляется, что конечные устройства LTE Cat-M1 смогут работать в LTE-сети без модернизации базовых станций.

NB-IoT

Суть NarrowBand Internet of Things (NB-IoT) заключается в использовании чипов, способных работать в сотовых сетях, но имеющих сравнительно простую логику.

Вместо выработки компромиссного решения, 3GPP включила в релиз три конкурирующих между собой технологии, выбор которой отдан на откуп производителям чипов или сотовым операторам.

Российские операторы используют оборудование, поддерживающее три технологии релиза 13 3GPP, но преобладает оборудование от Qualcomm - с ним работают сотовые операторы «Мегафон» и «ВымпелКом».

В 2016 году о стратегии развития NB-IoT- решений на своем оборудовании заявила компания Мегафон.

Технология NB-IoT

Бизнес-модель сотовых операторов, работающих на технологии NB-IoT заключается в развитии рынка конечных IoT-устройств и предоставлении коммерческих услуг по передаче данных для решений Интернета вещей.

Так, компания «Мегафон» предлагает 3 модели партнерства операторов и поставщиков IoT-устройств:

• Продажа вертикального решения клиенту напрямую.
• Продажа IoT-сервисов клиентам совместно с партнером или через него.
• Продажа услуги связи партнеру без взаимодействия с клиентом.

NB-IoT выполняет роль «транспорта» - доставки данных от устройства до БС. Технология создавалась как надстройка для работы на уже существующей инфраструктуре.

В России для вещания NB-IoT могут использоваться только лицензируемые частоты в диапазоне: 890-915 МГц и 935-960 МГц при мощности передатчика до 200 мВт.

Использование выделенного спектра обеспечивает стабильность связи и защищает сеть от помех «чужих» сетей. Миллиардные затраты на покупку лицензированных частот покрываются доходами от бизнеса сотовых операторов.

В декабре 2018 года ГКРЧ планирует разрешить «большой четверке» сотовых операторов использование частот в режиме NB-IoT.

В случае положительного решения ГКРЧ операторы смогут использовать под NB-IoT старые GSM-сети и сэкономить на покупке новых частот. Для вещания в GSM-сетях, вероятно, потребуется модернизация GSM-базовых станций (БС), что выльется в необходимость дополнительных инвестиций.

Ширина NB-IoT радиоканала равна ширине ресурс-блока LTE – 180 кГц. Это относительно высокое значение по сравнению с узкополосными LPWAN-технологиями.

Такой канал позволяет использовать NB-IoT для приложений со скоростью от 20 000 до 250 000 бит/сек.
Сравнительно высокие скорости на практике выглядят избыточными для многих IoT приложений, в частности, для одного из наиболее массовых рынков - диспетчеризации приборов учета в ЖКХ.

Высокая, относительно узкополосных LPWAN-протоколов, скорость отрицательно сказывается на других характеристиках: дальности связи, масштабируемости решений, проникающей способности.

Технология XNB от «СТРИЖ»

Коммерческая деятельность «СТРИЖ» сегодня основана на:

• продаже готовых IoT-решений как мелким и средним, так и крупным индустриальным клиента напрямую;
• продаже готовых IoT-решения через региональных дилеров и партнеров;
• комплексной продаже устройств и услуг LPWAN-связи для интегратора, внедряющего собственные IoT-решения.

Логотип протокола XNB

«СТРИЖ» разработал полный стек технологии для Интернета вещей: радиопротокол, конечные устройства, базовые станции и серверное ПО.

В основе стека технологии «СТРИЖ» лежит узкополосный, энергоэффективный и оптимизированный для межмашинного (M2M) обмена данными на больших расстояниях протокол XNB (Extended Narrow Band). XNB изначально разработан для передачи радиосигнала в спектре 868,8 МГц (не требует лицензирования) при мощности передачи до 25 мВт. При этом, XNB может работать и на лицензируемых субгигагерцовых частотах, при наличии таковых.

Из-за того, что базовые станции и конечные устройства СТРИЖ «общаются» в нелицензированном диапазоне, где в эфир выходят сотни устройств из других сетей, необходима защита от помех и коллизий - наложений сигналов.

Для их устранения «СТРИЖ» использует сверхузкополосный сигнал и специальные алгоритмы приема-передачи:

• планирование сеансов связи: алгоритм приема-передачи, зашитый в самом устройстве и базовой станции;
• использование помехоустойчивого кодирования радиосигнала;
• математические методы и CRC-проверки, позволяющие существенно повысить вероятность корректной доставки.

Сигнал, передаваемый устройством в полосе 100 Гц, и высокая энергетика на каждый бит передаваемой информации, вкупе с высокими показателями чувствительности приемника, обеспечивают превосходный бюджет канала связи в 174 дБм и высокую помехоустойчивость.

Скорость обмена данными в сети «СТРИЖ» составляет от 100 до 9600 бит/сек. Так как протокол XNB изначально разрабатывался для снятия и передачи небольшого объема данных с приборов учета и датчиков, указанной скорости более чем достаточно для реализации целевых задач. Масштабные проекты, реализуемые «СТРИЖ», требуют высокой автономности конечных устройств, большой дальности приемо-передачи, масштабируемости и относительно низкой стоимости внедрения.

Базовые станции

NB-IoT

Ключевые характеристики базовых станций: чувствительность, дальность связи и емкость.

Предполагаемая дальность связи NB-IoT станции - до 15 километров в сельской местности. Однако, судя по показателю бюджета связи - 164 дБ и низкой чувствительности приемника: -127 дБм, вряд ли базовая станция сможет в городских условиях «услышать» «умные» устройства на расстоянии дальше, чем 2-3 километра.

В городах, по оценкам операторов, ограничивающим фактором станет не дальность, а емкость сети (способность принять и обработать сигналы от устройств-абонентов). Для его нивелирования предполагается довести плотность сети в городе до 1 базовой станции на квадратный километр, на которые приходятся всего несколько тысяч датчиков (до 4000 согласно расчетам специалистов).

Эта задача будет решаться либо за счет использования GSM-сети (в случае положительного решения ГКРЧ), либо затратами на новые БС с поддержкой NB-IoT.

Вероятно, перед операторами встанет задача модернизации некоторой части оборудования: базовые GSM-станции, выпущенные ранее 2015 года, не поддерживают стандарт NB-IoT и нуждаются в аппаратном «апгрейде». GSM-оборудование, выпущенное после 2015 года, обновляются программно.

Модернизация инфраструктуры для сетей NB-IoT будет находиться в значительной зависимости от коммерческих перспектив конкретных территорий.

Малая дальность связи будет ограничивающим фактором проникновения покрытия традиционных сотовых сетей в малонаселенных районах: селах, автомагистралях, полях.

С учетом вышеописанных факторов, перспективы распространения NB-IoT за пределами крупных городов представляются ограниченными.

XNB от «СТРИЖ»

Благодаря тому, что базовая станция «СТРИЖ» способна одновременно обрабатывать до 5 000 каналов в нелицензируемом 500 кГц диапазоне, ее емкость составляет до 1 000 000 устройств в сутки. Подтвержденный радиус действия БС - до 10 километров в условиях городской застройки и до 50 километров на открытой местности.

Базовую станцию «СТРИЖ» отличает высокий бюджет канала связи в 174 дБм. Преимущество в 10 дБ по сравнению с бюджетом NB-IoT дает трехкратное увеличение дистанции связи или дополнительные 2 бетонные стены в доме.

Улучшения, вносимые в протокол XNB, не влияют на аппаратную часть станций и вносятся на программном уровне. Обновление ПО происходит централизованно с сервера и занимает не больше минуты.

Вывод

Вследствие более низкой чувствительности, а также «фиксированного», стационарного расположения сотовых вышек, NB-IoT-станция может «слышать» не все сигналы, из-за чего появляются «слепые зоны» покрытия, особенно в труднодоступных местах. «Умные» счетчики не поставишь в подвал или железный шкаф, что критично для организации масштабных решений учета ресурсов в ЖКХ.

На практике это означает, что БС сотового оператора не примет показания от 20 из 100 установленных на первых этажах дома приборов учета. Эффективность и целесообразность такого решения с точки зрения пользователя снижается до нуля. При этом, телеком-оператор не будет ставить дополнительную дорогостоящую NB-IoT станцию для устранения относительно небольшого «белого пятна» на карте покрытия.

Такой подход не окупит затрат на приобретение новой БС, процедуру согласования оборудования и монтажа.

Стоимость развертывания сети для Интернета вещей

В России с 2014 года частоты для оказания услуг мобильной связи распределяются на аукционах.

Базовые станции «СТРИЖ» не требует лицензирования и согласований на установку. Будь то предприятие со 120 датчиками температуры в отдаленном районе или застройщик с 5 000 «умными» счетчиками - каждый клиент за 2 часа и 69 000 рублей разворачивает сеть для сбора телеметрии.

Проект федерального покрытия телематической сетью «СТРИЖ» для Интернета вещей на транспорте может быть реализован с помощью мобильных БС, встраиваемых в транспортные средства, и развертывания сети стационарных базовых станций - их небольшая стоимость позволяет это сделать.

Проект федерального покрытия телематической сетью «СТРИЖ» для Интернета вещей на транспорте может быть реализован с помощью мобильных БС, встраиваемых в транспортные средства, и развертывания сети стационарных базовых станций - их небольшая стоимость позволяет это сделать.

Затраты на обслуживание базовой станции «СТРИЖ» составляют около 400 рублей в месяц: оплата интернет-трафика и 11 киловатт-часов электроэнергии - столько потребляет одна люминесцентная лампочка.

Вывод

Высокая стоимость оборудования, его обслуживания и неподъемная для малого и среднего бизнеса цена лицензирования радиочастот будут и дальше сдерживать развитие NB-IoT технологии.

Развертывание сети на неосвоенной операторами территории: в сельской местности, дорогах повлечет затраты на инфраструктуру, подведение коммуникаций и различные согласования (капитальное строительство сотовых вышек). Удаленные районы, очевидно, не могут быть охвачены операторами NB-IoT-сетей, как минимум, ближайшие 7 лет. Разворачивать сотовые сети с поддержкой NB-IoT технологии смогут только крупные сотовые операторы, и там, где это может быть экономически оправдано: в крупных городах с уверенным покрытием и развитой новой инфраструктурой сотовых сетей.

Развернуть IoT-сеть на технологии «СТРИЖ» может профильный предприниматель или организация: компания, управляющая жилым кварталом, фермерское хозяйство, или ресурсоснабжающая организация.

Низкая стоимость, малые габариты и невысокие требования к обслуживанию базовых станции «СТРИЖ» позволяют масштабно разворачивать IoT-сети на больших территориях, в том числе и вдоль автомобильных и железных дорог для транспортных приложений. Такой сценарий предусмотрен «Дорожной картой» программы «Цифровая экономика России», а также рядом индустриальных программ, связанных с повышением эффективности управления инфраструктурой и безопасностью на транспорте.

Конечные устройства

Сегодня в России решения на технологии NB-IoT начинает предлагать компания «Мегафон» и Teleofis.

По состоянию на 1 декабря 2017 года в открытой продаже NB-IoT устройств от «Мегафон» нет. На сайте компании Teleofis представлены не готовые «умные» приборы, а устройства сбора и передачи данных (УСПД) с поддержкой NB-IoT. Датчик или счетчик необходимо подключать к УСПД по проводам через внешние интерфейсы.

Счетчики воды СВК 15-3-2 с радиомодемом «СТРИЖ»

Опыт эксплуатации доказывает, что проводные соединения усложняют процесс монтажа и снижают надежность решения: выйдет из строя геркон дешевого счетчика, отойдет контакт, его перепутает электрик или намеренно оборвут жильцы.

Teleofis планирует продавать УСПД в 2018 году. Перед внедрением необходимо проверить: поддерживает ли сотовый оператор на объекте клиента технологию NB-IoT.

«СТРИЖ» продаёт устройства, готовые к использованию: «из коробки». Счетчики и датчики со встроенными XNB-радиомодулями не отличаются по установке и пуско-наладке от стандартных традиционных устройств без связи.

Подключения УСПД и вызова специалистов-наладчиков не требуется - установка «умного» счетчика или датчика «СТРИЖ» дело 3-5 минут.

Вывод

• Для того, чтобы стать действительно массовым, решение должно быть максимально простым, готовым и беспроводным.
• Пока имеющиеся на рынке NB-IoT устройства выполнены в виде модемов-«полуфабрикатов» и не представляются надежными решениями.
• «СТРИЖ» поставляет готовые беспроводные устройства, работающие в любой XNB-сети прямо «из коробки».
• Для установки приборов учета «СТРИЖ» достаточно штатного сантехника или электрика управляющей организации.

Стоимость конечных устройств

УСПД RTU102m-NB1 от Teleofis

Цена NB-IoT радиомодуля (непосредственно чип плюс обвязка) начинается от 900 рублей, на крупно-оптовых партиях, вероятно, цена может быть снижена.

Цена УСПД RTU102m-NB1 с поддержкой NB-IoT - 4 900 рублей. К этой цифре необходимо добавить затраты на интеграцию с счетчиком и стоимость собственно водомера с импульсным выходом. Итоговая стоимость решения - около 6 000 рублей за 1 узел учета воды.

Розничная цена счетчика воды с XNB-радиомодемом «СТРИЖ» - 2 030 рублей. Продажа первых решений «СТРИЖ» по дистанционному учету коммунальных ресурсов началась в 2014 году. Спустя 3 года было реализовано и установлено почти 200 000 устройств.

Вывод

Рынок «умной» автоматизации чувствителен к стоимости и удорожанию конечных устройств: увеличение себестоимости датчика даже на 50 рублей, выпущенного миллионной серией, повлечет соответствующие расходы. В особенности, это критично для решений, связанных с ЖКХ.

К концу 2017 года готовых устройств с поддержкой NB-IoT в продаже нет. УСПД дороги из-за высокой стоимости «железа» и отсутствия отлаженного крупносерийного производства.
Появление устройств NB-IoT, сопоставимых по цене с устройствами других производителей, ожидается не ранее 2019-2020 года.

Массовое производство чипов, на базе которых создан радиомодуль «СТРИЖ», положительно сказалось на стоимости: они в 3-4 раза дешевле чипов для NB-IoT.

Разница в стоимости комплектующих отражается и на стоимости готовых устройств. Невысокая цена радиомодуля «СТРИЖ» обеспечивает низкую себестоимость IoT-решений, включающих десятки тысячи автономных приборов.

Идеальный сценарий использования «СТРИЖ» - стационарные и мобильные приложения на территориях или объектах, где требуется развертывание низкоскоростных телематических сетей с высокими требованиями к проникающей способности сигнала и автономности конечных устройств.

Ведется разработка собственного LPWAN-чипа «СТРИЖ», совмещающего в себе трансивер и микроконтроллер. Создание собственного чипа упростит и максимально удешевит производство устройств «СТРИЖ».

Автономность

Диапазон скоростей передачи сигнала в сетях NB-IoT варьируется от 20 000 до 250 000 бит/сек. Мощность радиосигнала NB-IoT-устройств - 23 дБм или 200 мВт. При этом, производители заявляют о 10-летней автономности приборов. По оценкам экспертов, для обеспечения 10-летнего срока жизни прибора, с учетом температурных колебаний, потребуется батарея емкостью от 7 до 15 Втч.

Энергоэффективный протокол XNB от «СТРИЖ» отправляет сообщения со скоростью 100 бит в секунду в полосе 100 Гц. Небольшая скорость и узкополосный сигнал обеспечивают хороший бюджет связи.

Устройства «СТРИЖ» передают радиосигнал мощностью до 25 мВт. Это в 8 раз ниже мощности, излучаемой NB-IoT-радиомодемом.

Средние показатели потребления питания при этом: до 10 мкА - в режиме «сна» и до 50 мА - в режиме передачи (оценка по верхней планке).

Вывод

При сравнении технологий NB-IoT и XNB с точки зрения автономности конечных устройств последняя выглядит гораздо предпочтительнее.

Высокая скорость передачи снижает срок службы батареи конечных устройств - чем выше скорость, тем больше энергии расходует NB-IoT-радиомодуль.

На 1 декабря 2017 года с начала испытаний NB-IoT-решений прошло менее 11 месяцев, и о реальном сроке службы батареи в NB-IoT-устройствах говорить рано.

Подтвержденный автономный срок работы XNB-счетчиков «СТРИЖ» на 1 декабря 2017-го составляет 4 года. Столько времени уже проработали первые «умные» устройства в жилых кварталах Москвы и Перми.

XNB-протокол оптимален для прикладных задач съема телеметрии, требующих длительной автономной работы. Например, счетчиков ресурсов или иных датчиков, установленных в труднодоступных местах: подвалах, стояках многоквартирных домов и подземных парковках.

Развитие технологий в России

Прототипы NB-IoT-устройств от «Мегафон»

Сетевое оборудование, поддерживающее NB-IoT, производится за пределами России компанией Qualcomm и рядом других крупных иностранных вендоров.

Так, сотовые сети «Мегафон»: базовые станции, программное обеспечение и система управления БС, как минимум, наполовину построены на оборудовании китайского вендора.

Технология «СТРИЖ», включая оборудование и программное обеспечение, - полностью отечественные: базовые станции собираются в Москве, конечные устройства производятся на собственных мощностях, а также на заводах российских партнеров.

Серверы компании расположены на территории России. Ведется работа по внедрению в систему шифрования согласно ГОСТ.

С 2014 года «СТРИЖ» создает и применяет российские информационные технологии и обеспечивает их конкурентоспособность на международном уровне.

Разрабатываемые и внедряемые «СТРИЖ» решения для Интернета вещей в полной мере соответствует основным положениям «Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации на 2017-2030 годы», утвержденной Президентом.

Вывод

Строить сетевую инфраструктуру на иностранном оборудовании и ПО небезопасно как по техническим, так и политическим соображениям. А так как операторы имеют обыкновение закладывать часть стоимости оборудования в последующее его обслуживание, сотовые IoT-сети могут существенно подорожать в ближайшие 3 года.

«СТРИЖ» последовательно выполняет программу Стратегии, заменяя импортное оборудование, программное обеспечение и электронную компонентную базу на российские аналоги, не уступающие, а во многом и превосходящие иностранные разработки.

Абонентская плата за использование сети

В сотовых сетях абонентская плата регулируется оператором. В России уже есть прецеденты, когда с ростом трафика увеличивались и тарифы. Для ЖКХ абонентская плата в размере 50 рублей с 1 устройства является существенной статьей дополнительных расходов, влияющей на окупаемость.

Сеть «СТРИЖ» разворачивается на недорогих базовых станциях. Клиент становится «хозяином» собственной сети. Стоимость решения «СТРИЖ» оптимизируется за счет нелицензируемого диапазона вещания и недорогого оборудования.

В рамках текущей коммерческой политики, ориентированной на сектор ЖКХ, абонентская плата с мелких и средних клиентов не взимается.

При построении сети федерального уровня, бизнес-модель, вероятно, будет предусматривать абонентскую плату или ее аналог.

Вывод

Абонентская плата за M2M-трафик и вероятность ее увеличения сдерживают крупный бизнес и организации, которые не могут зависеть от сотовых операторов: госкомпании, оборонный сектор, застройщики с тысячами приборов учета коммунальных ресурсов.

Возможность развертывания собственных сетей без абонплаты позволит и крупным компаниям, и небольшим организациям реализовывать проекты на платформе «СТРИЖ. В случае введения абонплаты при развертывании федеральной сети «СТРИЖ», ее размер будет на порядок меньше по сравнению с тарифами сотовых операторов.

Резюме

На 1 декабря 2017 в России известно о 4 пилотных NB-IoT-сетях. Все они развернуты вторым по величине российским сотовым оператором компанией «Мегафон» и все - в тестовом режиме.

Первых коммерческих внедрений стоит ожидать лишь ко второй половине 2018-го. А подготовка к производству и сертификация готовых «умных» устройств наиболее вероятно сдвинет сроки внедрений на 2019-2020 год.

До полноценного запуска NB-IoT в отдельных регионах потребуется еще 2-3 года. Развертывание сетей начнется с наиболее рентабельных решений с наибольшей плотностью абонентов - крупных городах.

Преимущества и особенности NB-IoT

Преимущества

• Наличие инфраструктуры в крупных городах: пользователь не «заморачивается» на развертывании станций.
• Высокие скорости передачи информации: можно использовать для приложений с уровнем трафика от 20 000 до 250 000 бит/сек.
• Низкая задержка передачи сигнала (latency) до 1 сек от момента срабатывания до оповещения в личном кабинете. На загруженных сетях задержки могут достигать 3 секунд.

Идеальный сценарий использования NB-IoT - стационарные и мобильные приложения в городской черте с высокими требованиями к пропускной способности канала и сравнительно терпимыми к проникающей способности и автономности.

Особенности

• абонентская плата за трафик;
• риск одностороннего изменения условий сотрудничества: увеличение абонплаты;
• полная зависимость от оператора и его инфраструктуры;
• отсутствие готовых конечных устройств: связка модем-счетчик ненадежна;
• невозможность развернуть частную сеть;
• наличие SIM-карт в объемах от 100 устройств вызывает путаницу на стороне клиента;
• относительно невысокая автономность: придется менять батарею или обеспечивать постоянное питание;
• дорогая инфраструктура и лицензии на частоты при развертывания новой сети в малонаселенной местности, за которую платит пользователь в виде абонплаты;
• стоимость модемов и точки учета выше среднего по отрасли;
• ниже показатель чувствительности и, как следствие, хуже проникающая способность сигнала;
• наличие теневых пятен в покрытии;
• длительный TTM (time to market) решений: заявленные решения придется ждать от 1 года и более;
• иностранная технология от зарубежных вендоров (информационная безопасность).

Перечисленные особенности приводят к тому, что NB-IoT безусловно получит определенное применение в городах с населением более 100-300 000 человек. В городах с меньшим населением, по запросу крупных клиентов возможно построить NB-IoT-сеть за 6-9 месяцев. Покрытие автомобильных и железных дорог, вероятно, не будет в приоритете.

Наиболее привлекательные приложения для NB-IoT:

• ритейл и банки: вендинговые аппараты, кассовые аппараты, банкоматы;
• медицина: носимые устройства, удаленный мониторинг;
• системы безопасности: сигнализация, контроль оборудования;
• потребительская электроника.

Преимущества и особенности технологии «СТРИЖ»

Преимущества

• Дешевые базовые станции: от 86 650 руб., которые разворачиваются в любом месте за 2 часа.
• Низкая стоимость владения сетью (питание, транзитный канал) - от 400 руб. на станцию в мес.
• Широкий территориальный охват: до 10 км в городе, 40 км. на открытой местности.
• Белые пятна легко «закрываются» недорогими базовыми мини-станциями.
• Высокая плотность устройств: до 1 000 000 устройств на 1 станцию в сутки.
• Эффективное покрытие малонаселенных территорий, автомобильных и железных дорог мобильными или стационарными БС.
• Высокая проникающая способность делает возможным опрос устройств из подвалов, стояков, шкафов, что критично для учета ресурсов в ЖКХ.
• Высокая автономность устройств: до 10 лет от встроенной батареи.
• Возможность развертывания частных и закрытых сетей без абонплаты.
• Не требует лицензирования, свободно используется в любой точке РФ.
• Отсутствие расходов на лицензию не перекладывается на абонента
• Готовые интегрированные plug-and-play устройства и законченные решения.
• Стоимость чипов ниже - стоимость устройств ниже.
• Вертикальная платформа LPWAN-связи: от протокола до пользовательского приложения.
• Быстрый вывод решений на рынок: 3 недели на прототип, 2 месяца на готовый продукт.
• 100% отечественная технология: импортоопережение, безопасность, экспортный потенциал.

Идеальный сценарий использования «СТРИЖ» - быстрое и недорогое развертывание частных или публичных сетей с большой плотностью стационарных или мобильных устройств на любой территории, независимо от коммерческих интересов традиционных сотовых операторов.

Особенности

• Скорость передачи: 100/1000/9600 кбит/сек, подходит для приложений с низкими требованиями к пропускной способности канала связи: телеметрия счетчиков и датчиков.
• Более высокая задержка (latency): до 3-5 сек от момента срабатывания до отображения данных в личном кабинете.
• Нелицензируемый диапазон - выше вероятность помех - эффективно нивелируется за счет узкополосного подхода и высокого бюджета канала связи (link budget) 174 дБм.

«СТРИЖ» идеален для использования в следующих отраслях:

• ЖКХ и электроэнергетика: диспетчеризация и учет ресурсов.
• Транспортная телематика: мониторинг грузов, вывоз отходов, «цифровая железная дорога».
• Контроль зданий и объектов: датчики дыма, доступа, температуры, протечки.
• Аграрный сектор: мониторинг на обширных территориях сельскохозяйственных полей, складов, теплиц.
• Необходимость разворачивать сеть там, где нет покрытия, для «СТРИЖ» не является барьером, так как инфраструктура доступна даже для небольшого заказчика.

Из этой брошюры Вы узнаете:

• что такое NB-IoT;
• детальное сравнение XNB и NB-IoT;
• различия уровней оборудования: базовые станции, конечные устройства;
• сколько стоит развернуть сеть на XNB и NB-IoT;
• перспективы развития технологий в России.

Скачайте материал

Заполните форму ниже, и мы отправим Вам материал на почту.

Эксперты телеком-рынка предсказывают, что в скором времени привычные нам операторы мобильной связи, интернет-провайдеры, банки и интернет-компании трансформируются в принципиально новые бизнесы. Они станут полноценными интеграторами систем интеллектуального управления как в производственном секторе, так и в потребительском. Примеры такой трансформации можно было увидеть на промышленной выставке «Иннопром-2016».

Вокруг нас появляется всё больше умных устройств, имеющих выход в Интернет. Умные дома, бытовая техника, беспилотные автомобили, автоматические системы контроля на дорогах, искусственный интеллект, который решает, что нам стоит купить - все они уже сейчас управляют жизнью сотен тысяч и миллионов людей. И этот процесс будет набирать обороты.

По данным отечественных телеком-операторов на начало 2016 года в России работало порядка 11 млн интернет-устройств, а к 2020 году их количество вырастет почти в 5 раз - до 50 млн. Что самое интересное, максимальный прирост таких устройств прогнозируется на производственный сектор и сектор услуг. А общий вклад такой цифровизации в экономику России составит 5 млрд рублей к 2021 году.

Первые ласточки внедрения устройств, которые в автоматическом режиме обмениваются друг с другом данными без участия человека, уже можно увидеть и протестировать. Так, в рамках промышленной выставки «Иннопром-2016» оператор «МегаФон» выступил в несвойственной для себя роли. Представители компании практически не упоминали об услугах связи и интернета, а рассказывали про интернет вещей (Internet of Things - IoT), интеллектуальные системы управления производством и оптимизации расходов, транспортно-логистических услугах и системах скоринга для банков.

Для повсеместного внедрения интернета вещей необходимо унифицировать стандарты взаимодействия самых разный устройств. В противном случае обилие умных гаджетов начнёт вредить, а не помогать.

NB-IoT - единый стандарт для интернета вещей

С этой целью разные операторы и производители оборудования ведут большую работу над разработкой и внедрением конечных стандартов. В рамках «Иннопрома-2016» «МегаФон» совместно с компанией Huawei первыми на российском рынке продемонстрировали работу умных устройств на основе нового стандарта связи NB-IoT (Narrow Band IoT) - «умную парковку». Использование решения «умной парковки» даст возможность компаниям - владельцам коммерческих парковок - эффективнее контролировать парковочное пространство, оптимизировать расходы на мониторинг занятости мест, а также позволит предоставить конечным пользователям удобный интерфейс через мобильное приложение для резервирования, оплаты и навигации до парковочного места.

Что касается NB-IoT, то данная технология связи для Интернета вещей значительно снижает потребление энергии конечными устройствами, обеспечивает значительно лучшее покрытие и проникновение связи, увеличивает максимальное количество подключенных к сети устройств.

По словам директора департамента по продажам и маркетингу решений IoT в России компании Huawei Марата Нуриева , NB-IoT имеет все шансы стать единой технологией в сетях широкого радиуса действия с низким энергопотреблением (Low Power Wide Area, LPWA) для IoT, работающим в лицензируемом диапазоне частот.

Huawei уже разрабатывает единую операторскую платформу IoT, которая позволит подключать предприятия из любых вертикальных рынков по открытым API. Благодаря ей не нужно будет строить отдельные платформы IoT по отдельным проектам. «Также мы представим в конце 2016 года операционную систему Lite OS, предназначенную для взаимодействия подключенных устройств с операторской платформой IoT. Это открытая ОС малого размера, которую любой разработчик сможет использовать в своих устройствах», - сообщил Марат Нуриев .

С точки зрения универсальности, NB-IoT - это наиболее подходящее решение «энергоэффективных сетей дальнего радиуса действия» для предприятий различных отраслей, c помощью которых можно подключать счетчики коммунальных услуг, датчики мониторинга, системы отслеживания объектов и массу других устройств. Одной из особенностей технологии является возможность подключать к одной соте базовой станции до 100 тысяч устройств, что в десятки раз превышает возможности существующих стандартов мобильной связи.

Использование низкочастотного диапазона позволит обеспечить покрытием такие труднодоступные места, как цокольные помещения, подвалы и т.д. Кроме того, при работе в новом стандарте устройства экономнее расходуют аккумулятор, что позволяет им работать без подзарядки гораздо дольше. Например, счетчик воды с автономным аккумулятором при работе в стандарте NB-IoT может служить до 10 лет без подзарядки и принимать сигнал, будучи установленным в подвальном помещении.

«NB-IoT позволяет работать с маленькими дешевыми устройствами, которые имеют очень небольшое энергопотребление, и поможет находить новые применения для технологии IoT именно в промышленности», - заявил Александр Башмаков, директор по инфраструктуре компании «МегаФон» .

Выход на рынок первых устройств с поддержкой технологий NB-IoT ожидается в конце 2016 - начале 2017 года. Технология NB-IoT работает в сетях LTE и будет актуальна при дальнейшем переходе на стандарты пятого поколения 5G.

«Выбирая те или иные технологии, мы обязаны учитывать их распространенность, возможную зону охвата, совместимость сетей операторов в разных странах, открытость протоколов, объем производства как сетевого, так и абонентского оборудования. В этом плане грядущий общемировой стандарт связи «пятого поколения» будет значительно эффективнее как для обычных абонентов, так и для бизнеса, чем любые другие альтернативные ему технологии. Это и определяет наш выбор в пользу 5G, - отметил Александр Башмаков . - По этой причине МегаФон и еще несколько операторов в мире очень активно участвуют в процессе его создания и стандартизации. Например, наша компания стала участником сообщества GSMA NB-IoT Forum, целью которого является сотрудничество в области развития технологии NB-IoT по всему миру. В составе организации - крупнейшие операторы - China Mobile, Deutsche Telekom, Vodafon, а также ведущие производители технологичных решений - Huawei, Intel, Qualcomm».

В «МегаФоне» также рассказали о технических вопросах, которые необходимо решить для развития сегмента IoT. «Мы должны решить вопросы огромного роста числа устройств, обслуживаемых одной базовой станцией, а также значительно снизить время отклика сети. Сюда же стоит добавить и поддержку так называемых Mission critical коммуникаций, то есть обеспечить высокую доступность и гарантированную доставку данных для особо важных приложений, систем жизнедеятельности и т.д. Эти вопросы будут решены в рамках NB-IoT и впоследствии 5G», - сказал Александр Башмаков .

Области внедрения IoT

Ключевыми отраслями по внедрению IoT в настоящее время являются:

транспорт и логистика (управление автопарком, телеметрия, оптимизация движения и т.п.);

ЖКХ и электроэнергетика (умные измерения, контроль и оптимизация ресурсов, удалённый контроль в реальном времени);

потребительский сектор (локация детей и пожилых людей, охрана квартир и недвижимости, умный дом);

медицина;

финансы (управление банкоматами, платежными терминалами, платежи);

производство и торговля (удалённое управление, инвентаризация, POS/вендинг, автоматизация).

Проекты «МегаФона» в IoT

В подтверждении своих слов в «МегаФоне» рассказали и реализованных проектах в области IoT. Одним из крупнейших из них стала система контроля за движением грузового автотранспорта «Платон». В настоящее время в оборудование комплекса внедрено 2 млн специальных термо-SIM-карт. Эти sim-карты привязаны к регистрационному номеру автотранспорта. Использование датчиков на пути следования обеспечивает электронный контроль на дороге, проверку наличия билета и списание платы.

Также примером использования M2M-решений является проект с «Мостакси» (аналог «Яндекс.Такси» и Uber).

Помимо «умной парковки» на стенде «МегаФона» посетителям продемонстрировали счётчик газа с сим-картой. В 2009 году был принят 261-й федеральный закон об энергоэффективности, который легализовал «умные» приборы учета.

В настоящее время в России насчитывается около 300 тыс. счетчиков в многоквартирных или частных домах, которые через сотовую связь подключены к серверам. Это позволяет удаленно передавать все показания с приборов учета. «МегаФон» в этом сегменте рынка занимает одно из ведущих позиций.

Так, «Газпром» оборудовал около 2 700 точек подключения на газовых магистралях и подстанциях. В каждой из них размещена сим-карта «МегаФона», которая передает данные в режиме реального времени.

Кроме того, оператор подписал соглашение с компанией «Россети» о подключении всех подстанций этого предприятия (около 300 тыс.) на центральный пульт управления через мобильного оператора. Это позволяет собирать информацию об открытии или закрытии дверей, передавать видеоизображение, температуру воздуха, показания измерительных приборов.

Отметился «МегаФон» и проектами в банковском секторе. Программное решение оператора, основанное на алгоритмах машинного обучения, позволит «ВУЗ-Банк» (входит в банковскую группу «Уральского банка реконструкции и развития») в режиме реального времени получать правильную рекомендацию о рисках платежеспособности потенциальных клиентов. Эксклюзивная IT-платформа поможет специалистам банка дополнительно оценивать уровень рисков, связанных с обязательствами клиента по кредиту. Сумма контракта составила 3 миллиона рублей в год.

В настоящее время «МегаФон» имеет соглашение по экспресс-оценке платежеспособности клиентов со «Сбербанком». В компании также рассказали о высоком интересе к сервису скоринга на основе машинного обучения со стороны других финансово-кредитных организаций в России.

Группа Vodafone, Huawei и u-blox с успехом завершили первое коммерческое тестирование предварительного стандарта узкополосной технологии для Интернета вещей (Narrowband Internet of Things; NB-IoT). Для опыта использовалась коммерческая сеть Испанского телеком-оператора, на базовую станцию которой был установлен специальный модуль. Затем первый сигнал пре-стандарта NB IoT был послан на модуль счетчика воды. Однако счетчиками воды новая технология ограничена не будет, говорят эксперты. Она будет широко применятся в различных датчиках и в трекерах для отслеживания каких-либо транспортных средств или имущественных активов.

Технологии Huawei оказались первыми опробованными в новом пре-стандарте NB-IoT. Компания планирует и впредь развивать узкополосную связь в диапазонах сотовой связи. Ожидается, что компания сможет лицензировать NB-IoT, доказав безопасность ее использования, меньшую чувствительность такой сети к различным помехам, что обеспечит лучший сервис для пользователей.

Так, новая технология NB-IoT сможет, благодаря низкому энергопотреблению, широкому охвату сети, обеспечить большую автономную работу устройств, более надежно, по сравнению с другими существующими технологиями, хранить пользовательские данные. Также NB-IoT, как часть LPWA*-технологии, позволит устройствам работать от одного небольшого аккумулятора в течение десяти лет, получать сигнал от счетчиков, расположенных в подвальных помещениях и отдаленных районах и т.д.

«Vodafone является лидером в области разработки NB-IoT и LPWA-технологий в лицензированном спектре, который приобрел множество партнеров для индустрии IoT. Завершение первого коммерческого испытания с нашими партнерами является еще одним свидетельством этого. Коммерческое использование NB-IoT позволит нашим корпоративным клиентам получить ощутимые преимущества благодаря подключению массива дистанционно функционирующих IoT-устройств», - рассказал Мэтт бил (Matt Beal), директор по инновациям и архитектуре Группы Vodafone.

«NB-IoT уже признана в отрасли связи. Мы создали совместные инициативы с Vodafone и стремимся предоставить инновационные решения, чтобы помочь клиентам в достижении их бизнес-задач и руководить развитием технологий и промышленности в их экосистемах», - сообщил Дэвид Ванг (David Wang), президент подразделения Huawei Wireless Network.

Андреас Тиль (Andreas Thiel), исполнительный директор подразделения сетевых решений компании u-box так прокомментировал итоги тестирования новой сети: «Это сотрудничество демонстрирует, что u-blox в плане технических знаний является ключевым игроком рынка Интернета вещей».

Компании намерены продолжить испытание сети и проверку концепции пре-стандарта NB-IoT в реальных условиях. Ожидается, что спецификация технического стандарта NB IoT будет принята 3GPP (3rd Generation Partnership Project; консорциум, разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии) в начале 2016 года в качестве релиза номер 13.

* Глобальные сети с низким энергопотреблением (LPWA) открывают новые возможности использования технологии интеллектуального межмашинного обмена (M2M), когда затраты на соединение выражаются в долларах в год, а не в месяц. Такие сети стремятся охватить гораздо большие пространства по сравнению со стандартными сотовыми сетями, и гораздо более энергоэффективны по сравнению с обычными сетями. Они широко распространены для таких сфер, как медицина, мониторинг перевозок, ЖКХ, противопожарных системах.

Решения для телеметрии и телемеханики применяются уже больше столетия, но с появлением модного термина «Интернет вещей» поток инвестиций в данную область существенно увеличился. Одно из новых направлений - территориально распределенные сети LPWAN, обеспечивающие беспроводное подключение устройств с очень щадящим режимом энергопотребления: автономная работа от аккумуляторов до 10 лет. Внедрение LPWAN открывает множество перспектив для всех игроков рынка беспроводных сетей передачи данных, поэтому неудивительно, что эта тема стала одной из основных на прошедшей в сентябре конференции «БЕСЕДА», традиционно организуемой компанией CompTek.

Существует множество прогнозов относительно роста числа подключенных «вещей», причем указываемые в них цифры могут отличаться на порядок. Так, скажем, эксперты Gartner полагают, что к 2020 году будет насчитываться «всего» около 21 млрд подключенных устройств, а в Intel исходят из того, что их будет в десять раз больше - 200 млрд.

Ввиду таких расхождений, в качестве «отправной точки» лучше всего взять достаточно сдержанный прогноз Ericsson Mobility Report. Согласно этому документу, общее число подключенных устройств в период с 2015 по 2021 год вырастет примерно в два раза: с 15 до 28 млрд штук, - причем в нем учитываются и традиционные средства для связи «человек - человек» (мобильные и фиксированные телефоны), а также для работы в Сети (ПК, ноутбуки, планшеты). По данным J’son & Partners Consulting, «общее число подключенных устройств в распределенных системах телеметрии России» за рассматриваемый период также увеличится примерно в два раза: с 16,1 до 32,6 млн штук. Хотя аналитики Ericsson и J’son & Partners использовали разные критерии для оценки, даже по грубой прикидке видно, что российский рынок IoT составляет существенно менее 1% от общемирового.

Интересно отметить, что, согласно Ericsson Mobility Report, в 2015 году общее число традиционных коммуникационных устройств (10,1 млрд штук) более чем в два раза превосходило число подключенных «вещей» IoT (4,6 млрд штук). В 2021 году расклад сил изменится уже в пользу IoT: 15,7 против 11,8 млрд устройств. При этом число традиционных средств связи будет увеличиваться лишь на несколько процентов в год, тогда как число подключенных вещей - более чем на 20% (см. рис. 1).

В исследовании Ericsson Mobility Report отдельно учитываются устройства IoT, подключенные через сети сотовой связи (cellular IoT) и с помощью других технологий беспроводной связи (non-cellular IoT). Последних в 2015 году было примерно в 10 раз больше. Подобное соотношение сохранится и в 2021 году.

Как считают многие эксперты, беспроводное подключение «вещей», распределенных по большой территории, будет в основном осуществляться посредством сетей с низким энергопотреблением (Low Power Wide Area Network, LPWAN). Еще каких-то пять лет назад такого термина не существовало вовсе, а сейчас это наиболее перспективное решение для IoT (см. рис. 2). В отличие от классических систем сотовой связи, LPWAN специально разрабатывались в расчете на Интернет вещей и обеспечивают столь важные для этого применения характеристики:

• низкую стоимость оборудования самой сети, а также микросхем для конечного устройства,
• малое энергопотребление, а значит, длительное время автономной работы от аккумуляторов (до 10 лет и более).

Для построения сетей LPWAN уже разработано множество технологий, в том числе в России, однако в глобальном масштабе тремя основными считаются LoRa, Sigfox и NB-IoT. Поскольку Sigfox пока никак не представлена в России, в этом материале сосредоточимся на рассмотрении двух оставшихся.

LORA: КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ

Технология LoRa была представлена в начале 2015 года компанией Semtech и исследовательским центром IBM Research. Она опирается на метод модуляции LoRa, запатентованный компанией Semtech, а также открытый сетевой протокол Long Range Wide Area Networks (LoRaWAN). Модуляция LoRa основана на технологии расширения спектра (Spread Spectrum Modulation) и вариации линейной частотной модуляции (Chirp Spread Spectrum, CSS). Такое решение обеспечивает высокую устойчивость связи на больших расстояниях. Модуляция LoRa определяет физический уровень сети радиодоступа, которая может иметь различную топологию: ячеистую (mesh), звезда, «точка - точка» и др.

Развитием технологии LoRaWAN (см. рис. 3) занимается некоммерческая организация LoRa Alliance, в которую входят такие компании, как IBM, Semtech, Cisco, Actility и др. В ноябре 2015 года LoRa Alliance представила программу сертификации для обеспечения гарантированной совместимости оборудования LoRa разных производителей.

Зона охвата базовой станции (шлюза) в сети LoRaWAN составляет до 20 км, скорость передачи данных - от 290 бит/с до 50 Кбит/с (см. табл. 1). Заявленная продолжительность автономной работы конечного устройства (при использовании аккумулятора емкостью 2000 мА×ч) - 105 месяцев, то есть почти девять лет.

ЭВОЛЮЦИЯ РЕШЕНИЙ 3GPP ДЛЯ IOT

Технологию NB-IoT следует рассматривать в контексте движения отрасли сотовой связи к Интернету вещей. Ее основной орган по стандартизации 3GPP начал прорабатывать эту тему еще несколько лет назад - в выпущенном в 2012 году Release 11 появился ряд функций для машинных коммуникаций (Machine Type Communications, MTC). В Release 12 (2015 год) для MTC определено так называемое устройство Категории 0 (Category 0) с одной антенной и другими упрощениями.

В результате для LTE оказалось специфицировано девять категорий пользовательских устройств с различными возможностями и поддерживаемыми скоростями передачи данных. До появления Категории 0 устройствами с наиболее ограниченной функциональностью были устройства Категории 1, для которых не была предусмотрена возможность использования нескольких пространственных потоков (отсутствие поддержки MIMO), а максимальная скорость передачи составляла «всего» 10 Мбит/c в нисходящем канале. Для сравнения: для устройств Категории 5, поддерживающих MIMO 4x4, максимальная скорость в 30 раз больше - 300 Мбит/с (см. табл. 2). При определении Категории 0 ее возможности были существенно урезаны даже в сравнении с Категорией 1: максимальная скорость 1 Мбит/c, полудуплексный режим передачи.

В спецификациях Release 13, опубликованных в 2016 году, предприняты дальнейшие шаги по поддержке приложений IoT, в том числе меры по снижению стоимости устройств, расширению покрытия и увеличению времени автономной работы. В частности, определена Категория M1 (для ее обозначения также используются аббревиатуры eMTC и LTE-M). Для снижения энергопотребления наряду с технологией Power Saving Mode (PSM), которая была определена и для категорий 0 и 1, предусматриваются механизмы Extended Discontinuous Reception (Extended DRX, eDRX). Указанные технологии позволяют снизить частоту обмена обязательными служебными сообщениями, оптимизировать интервалы приема и получения информации, а также поддерживать длительные периоды «молчания» (когда устройство остается подключенным к сети, не передавая и не получая информацию).

В этом контексте следует также упомянуть, что в Release 13 в части дальнейшего развития технологии GSM был определен режим EC-GSM-IoT (или просто EC-GSM). В нем также используются механизмы PSM и eDRX. Помимо этого, предусматривается возможность многократного повторения передаваемой информации для улучшения покрытия (+20 дБ) по сравнению с традиционными системами GSM. В EC-GSM упрощена система сигнализации (исключена та часть, которая обеспечивает совместную работу с сетями WCDMA/LTE), усовершенствованы механизмы аутентификации и обеспечения безопасности соединений и пр. При использовании несущей шириной 200 кГц (в полосе GSM 900 и 1800 МГц) технология EC-GSM-IoT обеспечивает максимальную скорость 240 Кбит/с и позволяет обслуживать до 50 тыс. устройств на сектор базовой станции.

Примерно схожие характеристики (до 50 тыс. устройств на сектор базовой станции, скорость до 250 Кбит/с) имеет и определенная в Release 13 технология Narrowband IoT (NB-IoT). Но если LTE-M и EC-GSM-IoT предусматривают максимальную совместимость с инфраструктурой, уже имеющейся у операторов сотовой связи, и могут быть развернуты путем обновления ПО на существующих сетях LTE и GSM соответственно, то NB-IoT - это относительно новое направление развития решений для IoT в рамках 3GPP, хотя оно и предусматривает тесное взаимодействие и интеграцию c LTE. В данном случае предлагается новый тип радиодоступа, характеристики которого существенно отличаются от характеристик имеющихся систем. Как полагают ряд экспертов, переработка протоколов канального уровня в NB-IoT позволит значительно (до 90%) снизить стоимость соответствующих устройств NB-IoT по сравнению с устройствами LTE Категории M1 (см. рис. 4). Многие известные производители, включая Ericsson, Huawei, Nokia, Intel и Qualcomm, уже заявили о поддержке технологии NB-IoT в своих продуктах.

LORA В СРАВНЕНИИ С NB-IOT

Системы LoRa используют нелицензируемый частотный диапазон и асинхронный протокол, который является оптимальным для снижения стоимости оконечных устройств и повышения времени автономной работы. Но они не способны обеспечить столь же высокое качество обслуживания (QoS), как синхронные протоколы сотовой связи, которые выделяют гарантированные временные слоты для передачи информации. Поэтому для тех приложений, которым требуется гарантия QoS (в том числе малая задержка), лучше подходят технологии поддержки IoT, разрабатываемые сообществом операторов сотовой связи. Они же предпочтительнее для приложений, которым нужен интенсивный обмен сообщениями и/или большой объем передаваемых данных. Там же, где на первом месте стоят низкая стоимость, длительное время автономии и необходимость поддержки большого числа устройств, разбросанных по значительной территории, LoRa оптимальна.

При анализе времени автономной работы устройства необходимо учитывать два важных фактора: собственное энергопотребление устройства и специфику работы коммуникационных протоколов. Асинхронная природа протокола, применяемого в сетях LoRaWAN, означает, что большую часть времени устройство может находиться в «спящем» режиме - до тех пор, пока оно не потребуется приложению. В сотовом мире применяются синхронные протоколы, а значит, устройство должно периодически обмениваться служебными сообщениями с сетью, даже если оно не требуется пользователю. Скажем, типичный сотовый телефон каждые 1,5 секунды должен синхронизироваться с сетью. При использовании механизмов NB-IoT синхронизация производится реже, но все равно регулярно, на что расходуется энергия аккумулятора.

Применяемые в сотовой связи алгоритмы модуляции (OFDM или FDMA) нацелены на максимально эффективное использование частотных ресурсов, но не на эффективное расходование ресурсов аккумулятора. Эти алгоритмы требуют использования линейного передатчика (усилителя), который потребляет значительно более высокий пиковый ток, чем передатчики с нелинейной модуляцией, применяемые в системах LoRa. Более высокий пиковый ток, очевидно, ведет к более быстрому расходованию ресурсов аккумулятора.

Поскольку протокол LoRaWAN значительно проще используемых в NB-IoT, значит, его проще и дешевле реализовать, в том числе на базе недорогих, широко распространенных контроллеров. Более сложная схема модуляции и протокол NB-IoT требуют более дорогих микросхем. Модули LoRaWAN уже широко доступны и на западных рынках стоят порядка 7–10 долларов, причем, как полагают эксперты, по мере расширения масштабов внедрения, развития экосистемы и повышения массовости производства цена таких модулей может снизиться до 4–5 долларов. Стоимость выпускаемых сегодня модулей LTE оценивается в 20 долларов.

При сравнении LoRa и NB-IoT также важна такая характеристика, как зона обслуживания (покрытия) сети. Преимуществом NB-IoT является то, что существующая инфраструктура сотовой связи может быть модернизирована для поддержки этой технологии - хотя это может оказаться возможным только для определенных моделей базовых станций и стоить недешево. Однако вариант с модернизацией имеет право на существование только в городах с хорошим покрытием сетями 4G/LTE. Далеко не во всех пригородах, а уж тем более сельских районах имеется развитая инфраструктура LTE.

Одним из преимуществ LoRa является то, что соответствующие решения могут быть развернуты не только в сетях общего пользования, но и в частных или корпоративных сетях. За границей довольно много крупных компаний планируют реализовать гибридную модель: наряду с использованием ресурсов сети LPWAN общего пользования дополнительно построить свою (корпоративную) сеть для обслуживания отдельных зон.

При развертывании сети LoRaWAN могут использоваться как вышки сотовой связи, так и другие места установки: например, промышленные шлюзы можно размещать на производственных площадках, а небольшие пикошлюзы - прямо на домах. Стоимость шлюза для размещения на вышке оценивается в 1000 долларов, промышленного шлюза - примерно в 500, шлюз для пикосоты может стоить всего около 100 долларов. Затраты на модернизацию базовой станции 4G LTE для поддержки NB-IoT, по оценкам экспертов, могут составить более 10 тыс. долларов.

Спецификация NB-IoT опубликована в июне 2016 года, однако выпуск первых микросхем для конечных устройств с поддержкой этой технологии запланирован только на 2017 год. Затем потребуется время на тестирование, организацию массового производства продуктов NB-IoT, запуск сетей в коммерческую эксплуатацию. Иначе говоря, пройдет еще пара-тройка лет до тех пор, пока NB-IoT станет реальностью. Решения LoRa уже доступны. Они опробованы, а соответствующие сети находятся в коммерческой эксплуатации в ряде стран, в том числе в национальном масштабе.

СИТУАЦИЯ В РОССИИ

Российские операторы сотовой связи, как и операторы других стран, очевидно, делают ставку на разработки для IoT организации 3GPP. Так, в июле 2016 года компания «МегаФон» объявила о планах развертывания технологии NB-IoT совместно с компанией Huawei. В рамках выставки «Иннопром-2016» партнеры продемонстрировали один из примеров применения нового стандарта NB IoT - «умную» парковку. На конец года планируется пилотный запуск такой парковки в Москве.

По мнению специалистов «МегаФона», NB-IoT - это наиболее подходящее решение LPWAN для предприятий различных отраслей, c помощью которого можно подключать к сети оператора счетчики коммунальных услуг, датчики мониторинга, системы отслеживания объектов и массу других устройств. Одним из достоинств технологии является возможность подключать к одной соте базовой станции до 100 тыс. устройств, что в десятки раз превышает возможности существующих стандартов мобильной связи. При этом использование низкочастотного диапазона позволяет обеспечить покрытие таких труднодоступных мест, как цокольные помещения, подвалы и т. д. По оценке «МегаФона», счетчик воды с автономным аккумулятором при работе в стандарте NB-IoT может служить до 10 лет без подзарядки и принимать сигнал, будучи установленным в подвальном помещении.

Другой ведущий оператор, МТС, в июне 2016 года на полях ХХ Петербургского международного экономического форума объявил о подписании соглашения с Ericsson, в рамках которого компании, в частности, планируют протестировать технологию EC-GSM-IoT, обеспечивающую работу М2М-устройств на уже существующих сетях МТС. Как отмечают специалисты МТС, новый радиоинтерфейс позволит многократно увеличить количество работающих в сети устройств M2M, а за счет роста чувствительности радиомодулей удастся в семь раз расширить радиус действия базовой станции и снизить энергопотребление устройств. Кроме того, утверждается, что внедрение EC-GSM-IoT не потребует масштабной замены оборудования связи - в большинстве случаев можно обойтись обновлением ПО на узлах радиосети.

Сети LoRa в России развивают несколько компаний: Lace, «Сеть 868», «Лартех Телеком». Так, например, сеть IoT Lace функционирует с начала 2015 года в Москве и Санкт-Петербурге. В сентябре 2015 года компания объявила о расширении зоны своего покрытия на города Воронеж, Екатеринбург, Иннополис, Казань, Красноярск, Калининград, Нижний Новгород, Ростов-на-Дону, Ставрополь, Тверь, Челябинск, Ярославль. Планы у компании амбициозные: «полное покрытие всей территории России».

Как нам сообщили в базирующейся в Краснодаре компании «Лартех Телеком», в этом городе уже развернуто около 20 базовых станций LoRa, что с учетом большой зоны охвата означает покрытие значительной части территории. Кроме того, станции LoRa этой компании развернуты в Москве, Санкт-Петербурге, Ростове, Самаре, Барнауле и других городах.

В феврале 2016 года компании Lace, AURORA Mobile Technologies (поставщик компонентов и готового оборудования для беспроводных коммуникаций и навигации, проектировщик и производитель таких систем) и «Тоэс» (проектировщик и оператор систем АСУТП тепло- и водоснабжения) провели в Твери тестирование системы мониторинга сетей и объектов тепло- и водоснабжения на базе LoRaWAN в условиях плотной застройки. По итогам успешного эксперимента принято решение интегрировать модемы LoRa c используемыми термопреобразователями и датчиками давления в единое устройство.

Кроме того, в России развиваются сети LPWAN, построенные на базе отечественных разработок. В сентябрьском номере «Журнал сетевых решений/LAN» уже рассказывал о проекте «Стриж» (см. статью автора « »). Оригинальную технологию построения сети LPWAN представила на конференции «БЕСЕДА» компания «Телекан». Она предлагает строить IoT-инфраструктуру «умного» города на основе решения «умного» освещения, что позволит существенно сократить расходы на такую инфраструктуру. Разработанные «Телеканом» микробазовые станции встраиваются непосредственно в светильники городского освещения (см. рис. 5), причем это может осуществляться в процессе плановой замены устаревающих светильников и перехода на более современные и экономичные источники света.

«Телекан» разработал собственную технологию беспроводной связи Lumiot, в перспективе планируется также поддержка LoRa. Одна базовая станция Lumiot обеспечивает работу до 2000 устройств в радиусе до 4 км. Управление устройствами, сбор и визуализация данных из разных источников осуществляются в облаке, для подключения к которому базовых станций применяется GSM. На данном этапе решение «Телекана» тестируется в городах России и СНГ.

Как полагает Виталий Солонин, руководитель департамента беспроводных технологий J’son & Partners Consulting, 2017 год пройдет под знаком конкурентной борьбы между операторами сотовой связи за проекты IoT для крупных госкомпаний и корпоративных заказчиков. Кроме того, за этих заказчиков будут бороться как крупные игроки ИТ-рынка (Cisco, HP, SAP, Microsoft и т. д.), так и стартапы рынка LPWAN. Последние пока работают в основном на рынке ЖКХ и в проектах «умного города».

Александр Барсков , ведущий редактор «Журнала сетевых решений/LAN»

ПАО "МегаФон" и Qualcomm Technologies Inc. успешно завершили совместное тестирование возможностей технологии Narrow Band IoT LTE (NB-IoT - узкополосный Интернет вещей). Для тестирования был задействован диапазон 900 МГц. В "МегаФоне" отметили, что проведенный тест позволяет подготовить формализованные требования для производителей IoT-модулей, разработчиков ПО, системных интеграторов, которые планируют разрабатывать и внедрять свои устройства для работы на сети "МегаФона" в стандарте NB-IoT. Внедрение технологии NB-IoT является еще одним шагом в подготовке инфраструктуры "МегаФона" для запуска сетей мобильной связи пятого поколения.

"МегаФон" и Qualcomm провели тестирование технологии NB-IoT на базе Федерального центра исследований и разработок оператора в Петербурге. В тестировании NB-IoT в качестве конечного устройства был задействован тестовый абонентский терминал на базе многорежимного модема Qualcomm MDM9206, а со стороны сети использовалось оборудование Huawei. Тестировалась технология NB-IoT в диапазоне 900 МГц.

"Проведенный тест позволяет подготовить формализованные требования для большого числа производителей IoT-модулей, разработчиков ПО, системных интеграторов, которые планируют разрабатывать и внедрять свои устройства для работы на сети "МегаФона" в стандарте NB-IoT", - сообщили в "МегаФоне".

"МегаФон" активно готовит инфраструктуру для массового подключения устройств Интернета вещей. Технология NB-IoT обеспечит массовое подключение к сети различных устройств, которые находятся в труднодоступных местах и должны работать длительное время без замены батареи. Кроме того, эта технология предполагает использование лицензируемого диапазона частот, что гарантирует надежность, безопасность и непрерывность передачи данных. Внедрение технологии NB-IoT является еще одним шагом в подготовке инфраструктуры "МегаФона" для запуска сетей пятого поколения, которые позволят увеличить не только скорости передачи данных, но и емкость сети, эффективно подключая устройства разных типов", - отметил руководитель федерального центра исследований и разработок "МегаФона" Николай Сидоров.

Вице-президент компании Qualcomm по развитию бизнеса в Восточной Европе Юлия Клебанова сказала, что NB-IoT и eMTC - оптимальные технологии для эффективного соединения и подключения IoT-устройств, таких как мобильные платежные устройства (POS), трубопроводы, счетчики воды, газа и электричества, а также для создания систем управления активами и "умных" городов. "Мы удовлетворены результатами совместного тестирования технологии NB-IoT и различных пользовательских сценариев с "МегаФоном". Наш коммерчески доступный чипсет Qualcomm MDM9206 дает возможность решать все эти задачи уже сейчас. Это еще один важный шаг в сторону появления новых услуг и сервисов для частных и корпоративных абонентов в России", - заявила Юлия Клебанова.

"Компания Tele2 пока не тестировала технологию NB-IoT. Мы видим большие перспективы для развития бизнеса в сфере IoT и будем ее исследовать", - ответила корреспонденту ComNews пресс-секретарь Tele2 Ольга Галушина. Пресс-службы ПАО "Мобильные ТелеСистемы" и ПАО "ВымпелКом" (бренд "Билайн") вчера воздержались от комментариев.

Как ранее сообщал ComNews, МТС и компания Nokia уже протестировали комплексное решение из области IoT. На LTE-сети МТС в диапазоне 1800 МГц в Москве компании протестировали радиоинтерфейс NB-IoT с возможностью подключения широкополосных и узкополосных устройств с использованием нового радиочипа (см. ComNews от 3 ноября 2016 г.).

"К сожалению, Россия не попала в список тех стран, где уже развернуты или идет развертывание коммерческих сетей NB-IoT, - несколько европейских стран, Южная Корея и Китай", - сказал корреспонденту ComNews руководитель департамента беспроводных технологий J`son & Partners Consulting Виталий Солонин.

По его словам, в оптимистичном сценарии первые фрагменты сетей NB-IoT в крупных городах РФ могут появиться до конца 2017 г. - в первой половине 2018 г. Однако, добавил Виталий Солонин, запусков в национальном масштабе стоит ждать не ранее чем через год-два.

Президент Ассоциации Интернета вещей (АИВ) Андрей Колесников думает, что российские операторы связи запустят сети NB-IoT в коммерческую эксплуатацию не раньше осени 2018 г. "И будет это для начала фрагментарно, следом за первыми массовыми IoT-проектами", - считает он.