Сети на все случаи жизни, кроме общения

12 минут

Рынок интернета вещей быстро растет, двузначная динамика объясняется экономической целесообразностью решений. Однако остаются проблемы – высокая стоимость передачи данных, недостаточная автономность IoT-систем. Решить их помогут специализированные беспроводные сети передачи данных.

Рынок интенета вещей (IoT) – динамично развивающееся технологичное направление. Продажи решений этого стека растут двузначными темпами. Аналитики GlobalData прогнозируют среднегодовой рост в 20% до 2023 года, эксперты IDC – более 15% в 2019 году. Хотя абсолютные оценки расходятся в разы и в том числе объясняются методологий, верно одно – IoT-решения способны предотвратить или сократить расходы, а значит, экономически эффективны.

Капитальные расходы на IoT-решения понятны, они складываются из стоимости устройств (датчиков) и служебного программного обеспечения. Операционные расходы включают оплату сервиса и услуг подключения и передачи данных.

Последний пункт может быть очень затратным, в таком случае стоимость эксплуатации решения будет дорогой. Поэтому важно найти оптимальный способ подключения датчиков к сети пользователя.

2, 3, 4, LPWAN

Раньше IoT-устройства подключались через сети сотовых операторов – 2G, 3G, 4G. Но из-за постоянной синхронизации, избыточных скоростей передачи данных и работы в онлайн-режиме батареи устройств быстро разряжались. Так получили толчок развития относительно новые сети LPWAN, у которых стоимость подключения в десять раз ниже, чем в GPRS или 3G.

LPWAN (Low-power Wide-area Network) – это энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия. Оборудование LPWAN работает без подзарядки до десяти лет, а дальность связи в зависимости от условий местности превышает 15 км. Эксперты относят к LPWAN как минимум 16 технологий, среди которых лидируют NB-IoT, LoRaWAN, SigFox, LTE-M.

На рынке работает 160 LPWAN

В 2018 году в мире насчитывалось до 160 LPWAN, из которых 100 работали по технологиям LoRaWAN и SigFox. Эти сети появились на несколько лет раньше (в 2012–2015 годах), чем NB-IoT (релиз стандарта озвучен летом 2016 года). Лидерами в разработке LPWAN-решений эксперты называют компании Semtech, Loriot, NWave Technologies, SigFox, российскую компанию WAVIoT, Cisco, Actility, Weightless, Senet, AT&T, Huawei, Ingenu, Link Labs, Qualcomm, Telefonica SA и Vodafone.

LPWAN сотовых операторов

Существует два вида LPWAN – работающие в лицензируемом и нелицензируемом частотных диапазонах. Первые принадлежат сотовым операторам, вторые эксплуатируются частным порядком. Операторы строят LPWAN на сетях 4G, используя технологии NB-IoT и LTE-M, которые оптимизированы для IoT (периодическая передача малых объемов данных).

LTE-M на российском рынке не представлена, но развивается в Северной Америке.

NB-IoT лоббируется китайским правительством и вендорами. В России NB-IoT продвигают МТС и «МегаФон», их проекты связаны с ЖКХ и умным учетом. В «МегаФоне» технологию NB-IoT называют перспективной благодаря безопасности и гарантированности сервиса, алгоритмам защиты данных LTE, глобальному роумингу, широкой зоне покрытия. NB-IoT универсальна для многих сценариев, где критичны задержка и скорость передачи данных, считают представители оператора. Но есть и минусы – ранее операторы заявляли об ограниченном ассортименте клиентского оборудования NB-IoT и относительно высокой стоимости модулей. Для решения проблемы даже создавались специальные площадки разработки.

Частные LPWAN

Примеры частных LPWAN – сети и решения LoRaWAN (крупнейшие на российском рынке – «Сеть 868», «Лартех»), SigFox (не представлена в России), локальные игроки WavIot (NB-FI) и «Стриж» (UNB). Такие LPWAN обеспечивают связь преимущественно там, где недоступные сети сотовых операторов. Любое предприятие может построить их для собственного пользования.

Лидеры рынка IoT-сетей

Изо всех специальных технологий для интернета вещей наиболее часто применяют LoRaWAN и NB-IoT – на них приходится 70% рынка IoT-сетей. Сегодня эксперты IoT Analytics называют лидером LPWAN, но NB-IoT растет быстрее и, возможно, станет лидером с 2019 года. К 2023 году на эти сети придется 85% подключений. Аналитики Berg Insight отметили лидерство NB-IoT в Китае, где правительство планирует к 2020 году подключить к этой сети 600 млн устройств.

В России, по данным iot.ru на сентябрь 2018 года, по количеству подключенных устройств лидируют сети WavIot и «Стриж» (253 и 220 тыс. устройств соответственно), «Лартех» и «Сеть 868» (100 тыс. и 42 тыс. устройств соответственно). Общее количество устройств, работающих в LPWAN, в сентябре 2018 года превысило 600 тыс. Обслуживанием оборудования занимались 1,2 тыс. базовых станций. На тот момент NB-IoT на российском рынке не была представлена.

Количество IoT-подключений в LPWAN в России, в тыс.

Провайдер Технология Количество абонентских устройств
Сеть 868 LoRaWAN 42
Лартех LoRaWAN 100
WAVIoT NB-FI 253
Стриж XNB 220

Источник: iot.ru, сентябрь 2018

Российская разработка и зарубежные компоненты

Более 90% решений, используемых в России, – это отечественные разработки. Причины легко объяснимы – высокие риски зарубежных инвестиций, нестабильность законодательства, напряженная политическая ситуация и торговые эмбарго, объясняют в «Сети 868». «Доля локальных решений на рынке, в которых используется микроэлектроника российского производства, не превышает 20%. Доля российских разработок на иностранной компонентной базе превышает 60%», – оценивает ситуацию Александр Бахтин, представитель Ассоциации интернета вещей.

Распространенные недостатки оборудования, которые встречаются, как правило, порознь – высокая стоимость, малый радиус действия, невозможность синхронной передачи данных с большого количества устройств. «Локальные разработчики стараются преодолеть ограничения при помощи программных систем автоматического управления устройствами, использования суб-частот и ряда других технических решений», – пояснили в «Сети 868».

Отечественный рынок развивается за счет частных инвестиций. Вероятно, государственные проекты появятся после того, как бизнес построит инфраструктуру и освоит рынок.

Где применяются IoT-решения на базе LPWAN

Эксперты IoT Analytics выделяют девять ключевых сегментов рынка LPWAN:

  1. сельское и лесное хозяйство;
  2. строительство и инфраструктура;
  3. здравоохранение;
  4. умный дом;
  5. промышленность;
  6. розничная торговля;
  7. умные города;
  8. транспорт и логистика;
  9. коммунальные услуги.

По оценкам «Сети 868», чаще всего LPWAN используются при снятии показаний с приборов учета. В компании подсчитали, что сейчас освоено только 5% потенциального российского рынка умных счетчиков.

ЖКХ. Использование LPWAN-решений автоматизирует обработку информации о потребленных коммунальных ресурсах – воде, газе, тепле. Счетчики отправляют данные о расходе ресурсов в заданные интервалы времени, как правило раз в месяц.

LPWAN-оборудование ведет контроль инфраструктуры ЖКХ. Частый сбор информации позволяет выявлять утечки, незаконные врезки, обеспечивает предиктивное обслуживание и удаленную диагностику оборудования. Датчики, прикрепленные к столбам электричества или трубопроводам, оперативно оповещают о повреждениях. Оборудование также замеряет уровень вредных веществ на объектах водоснабжения или очистки сточных вод.

Умные города. Еще один востребованный сценарий использования LPWAN в умном городе – это установка датчиков на парковках. Устройства определяют точную загруженность каждой площадки. Данные о свободных парковках становятся частью мобильных приложений для водителей. Чем меньше автомобилисты тратят время на поиск свободного места, тем меньше будет заторов на городских магистралях. Также для оптимизации дорожного движения города развертывают подключенные к IoT светофоры и дорожные знаки.

Мониторинг состояния воздуха обеспечивает применение мобильных и стационарных датчиков, например прикрепленных к общественному и водному транспорту. Устройства контролируют влажность, температуру, качество воздуха и другие параметры. Администрации городов используют сенсоры для создания интерактивных карт загрязненности воздуха. Анализ исторических данных становится основой для прогнозирования ситуации на несколько дней или часов вперед.

Уборка мусора – еще одна сфера городского применения LPWAN. Датчики измеряют уровень заполненности мусорных баков, а спецтехника отправляется для вывоза, когда отходов достаточно. Такой подход экономит время и деньги.

На экономию денег и ресурсов направлены и умные сети уличного освещения. Датчики сообщают о перегоревших лампочках, регулируют уровень освещения и т.д.

Промышленность. IoT-решения на базе LPWAN отслеживают заполненность емкостей с химическими веществами, необходимыми для производства, исправность резервных источников питания, контролируют утечки и разрывы в трубопроводах. Подключенные к станкам датчики – это основа для сервисного обслуживания для упреждения поломок техники.

На страже урожая и скота. В аграрном секторе LPWAN помогают земледельцам и животноводам. К примеру, почвы неоднородны даже на одном поле. Датчики, воткнутые в землю, определяют температуру, химический состав и влажность почвы. Отправка информации с равными интервалами избавляет персонал от ручной сверки показателей. На основании данных о влажности и температуре настраивается режим полива. Анализ исторических данных поможет получить максимальную урожайность.

LPWAN-оборудование используется на складах для сохранности урожая. Так, интеллектуальные температурные мониторы для зернохранилищ дают фермерам простой и экономически эффективный способ следить за состоянием зерна и склада. На складах с морковью и свеклой датчики следят за тем, чтобы овощи не гнили.

В животноводстве оборудование отслеживает перемещение скота, температуру тела, уровень стресса и т.д.

Ритейл. В магазиных датчики используются, чтобы анализировать поведение покупателей. На складах устройства управляют освещением, кондиционированием и системами доступа.

Тенденции на рынке LPWAN

Лидер по количеству используемых чипсетов NB-IoT – Азиатско-Тихоокеанский регион, в частности Китай, на который в 2018 году приходилось 93% чипсетов NB-IoT. Большая тройка мобильных операторов КНР China Mobile, China Telecom и China Unicom подключили более 20 млн абонентов к NB-IoT. Министерство промышленности и информационных технологий Китая планирует в 2020 году подключить к NB-IoT 600 млн устройств. Если технология NB-IoT будет признана самой эффективной для коммерциализации, Китай будет лидером долгие годы.

IoT как услуга. Концепции «как сервис» (As a service) популярны из-за гибкости и масштабируемости. «Цифровой мир сливается с физическим. Со временем функционал сервисов изменится, IoT-продукты будут предлогаться в качестве услуги», – полагает Джеф Тревирс (Jeff Travers), глава департамента IoT в Ericsson.

LPWAN в роуминге. Крупные операторы создадут LPWAN-альянсы и предложат сервисы по контролю за передвижением транспорта и грузов для транснациональных перевозок. В некоторых странах уже доступны такие возможности.

Носимые устройства используются для мониторинга физической активности человека и наблюдения за пациентами. Сегодня в привычных носимых устройствах – умных часах, фитнес-браслетах, кардиодатчиках – используются подключения по Wi-Fi, Bluetooth, мобильной связи. Спрос на большую автономность работы устройств приведет к тому, что технологии LPWAN будут задействованы в носимой электронике.

Краевые вычисления (edge computing). Из-за роста объема данных, генерируемых в IoT, предприятиям придется перейти на краевые (иначе – граничные) вычисления, когда данные обрабатываются максимально близко к месту генерации. Так информация обрабатывается оперативно, а компания получает только релевантные данные, считает независимый эксперт Энди Патрицио (Andy Patrizio). Еще один аргумент в пользу граничных вычислений – оперативность и дешевизна по сравнению с хранением информации на арендованных серверах. Если к граничным вычислениям подключить искусственный интеллект, то в ЦОДы потребуется отправлять в несколько раз меньший объем данных.

NB-IoT, LoRa и Sigfox становятся наиболее популярными технологиями LPWAN. По мнению экспертов IoT Analytics, в мире NB-IoT будет доминировать в публичных сетях, а LoRa – в частных.

Двукратный ежегодный рост. В 2018 году объем мирового рынка LPWAN составлял $440 млн. Уже к концу 2025 года аналитики QY Research ожидают роста рынка до $6,4 млрд. Среднегодовые темпы прироста в 2019-2025 годах останутся на уровне 46,5%. В 2023 году порядка миллиарда подключений придется на LPWAN. Расходы на подключение в LPWAN к 2023 году достигнут $4,7 млрд, а темпы прироста абонентской базы в LPWAN сохранятся на уровне 109% в год до 2023 года.

Эксперты ожидают быстрого развития LPWAN в России в сегменте беспроводного учета ресурсов ЖКХ, в частности электроэнергии. «Во-первых, этот сегмент рынка огромен. Во-вторых, в России он регулируется сразу несколькими федеральными законами. И, наконец, с ним связаны колоссальные денежные потоки. Также технологии беспроводной связи предположительно будут активно развиваться в умном сельском хозяйстве, железнодорожном транспорте и умных городах», – прогнозируют представители «Сети 868».

Еще один фактор, который обеспечит развитие российского рынка, – это реализация национальной программы «Цифровая экономика», в которой среди приоритетных технологий указаны технологии беспроводной связи. «Телекоммуникационные операторы будут инвестировать в развитие этого направления. Стартапы помогут удешевить стоимость оборудования и увеличить радиус его действия», – считает Антон Немкин, управляющий партнер Brain Factory.

Но отечественным поставщикам придется преодолеть некоторые трудности. В арсенале зарубежных игроков – проработанное законодательство и четкая инвестиционная политика. Чтобы быть конкурентоспособными на зарубежных рынках, российским игрокам придется не просто предлагать уникальные продукты, считают представители «Сети 868». «Заказчики отдают преимущество комплексным решениям, поэтому локальным разработчикам отдельных узконаправленных продуктов будет очень трудно конкурировать с зарубежными вендорами целостных программно-аппаратных комплексов», – пояснили представители «Сети 868».

Иллюстрация в шапке статьи: rodny.tumblr.com

Group 40Group 44Group 43Group 46Group 41Group 27Group 42Group 39