셀룰러 IoT 조사:비용, 배터리 및 데이터

사물 인터넷(IoT) 이면에는 다양한 무선 M2M(Machine-to-Machine) 기술이 있습니다. 이러한 기술 중 하나는 셀룰러 네트워크입니다. 1979년 Nippon(일본 회사)은 최초의 상업용 자동 셀룰러 네트워크를 만들었습니다. 그 이후 36년 동안 셀룰러 네트워크는 단순한 무선 음성 통신에서 복잡한 광대역 기능으로 발전했습니다.

오늘날 셀룰러 네트워크는 주로 모바일 장치용으로 설계되었으므로 음성 및 화상 통화 및 기타 고속 데이터 응용 프로그램에 맞게 조정되었습니다. 이러한 광대역 사용 패턴에 최적화되어 있습니다. 광범위한 적용 범위로 인해 IoT 개발자는 앱을 지원하기 위해 셀룰러로 전환하고 있습니다. 그러나 이것이 좋은 생각입니까? 셀룰러는 대부분의 M2M 연결 장치에 적합합니까? 더 나은 대안이 있습니까? 이 기사에서 이러한 질문(및 그 이상)을 검토할 것입니다.

셀룰러 IoT의 요소

인프라

아마도 셀룰러 IoT 사용의 가장 일반적으로 인용되는 이점은 유비쿼터스 적용 범위일 것입니다. 기지국은 이미 모든 곳에 설치되어 있으며 주요 네트워크는 미국 인구의 약 99%를 차지합니다. 따라서 한 번에 센서 네트워크를 배포하려는 경우 셀룰러 네트워크를 쉽게 사용할 수 있습니다.

낮은 데이터 전송률의 IoT 애플리케이션을 위해 설계된 저전력 광역(LPWA) 네트워크가 작동하려면 설치 및 배포되어야 합니다. 그러나 많은 엔지니어와 IoT 개발자가 잊고 있는 고려 사항은 이러한 네트워크가 일반적으로 몇 평방 마일 이상을 커버할 필요가 없다는 것입니다. 사무실 건물, 학교 캠퍼스 또는 농장을 포괄하는 네트워크가 필요한 경우 몇 개의 게이트웨이만 사용하는 LPWA 네트워크를 사용하면 효과적으로 이를 수행할 수 있습니다. 따라서 자체 게이트웨이를 설치하거나 LPWA 공용 네트워크가 설치될 때까지 기다리려는 경우 셀룰러 IoT의 광범위한 지리적 이점이 덜 중요해집니다.

배터리 수명

셀룰러 네트워크는 2G 네트워크가 생성되었을 때 IoT 공간에서 상당한 배치를 얻었습니다. 애플리케이션 개발자와 네트워크 사업자가 2G를 좋아한 이유는 저장 및 전달 아키텍처 때문입니다. . 라디오는 깨어나 데이터를 보내고 의미를 수신하고 다시 잠자기 상태로 돌아갈 수 있습니다. 이렇게 하면 라디오가 항상 메시지를 기다리며 켜져 있을 필요가 없었기 때문에 배터리 수명을 크게 절약할 수 있었습니다.

3G 및 4G가 생성될 때 저장 및 전달 아키텍처가 제거되고 상시 작동 방식으로 대체되었습니다. 이는 라디오가 항상 새로운 정보를 수신할 때 장치에 알리는 메시지를 수신하고 있음을 의미합니다. 네트워크와의 거의 일정한 통신으로 인해 배터리 수명이 단축됩니다.

LPWA 네트워크를 사용하면 센서가 데이터 패킷을 보내야 할 때 절전 모드로 전환되고 깨어납니다. 무전기는 대부분의 시간 동안 잠자기 상태이므로 배터리를 5년에서 10년 동안 사용할 수 있습니다(기술에 따라 다름). 셀룰러 공급자는 배터리 수명이 IoT 공간의 관심사라는 것을 인식하고 셀룰러가 아주 작은 데이터 비트에 충분하지 않다는 것을 이해합니다. 이러한 우려에 대응하여 그들은 LTE-M이라는 새로운 프로토콜을 제안했습니다. 흥미롭게도 저장 및 전달과 같은 2G 셀룰러 전송의 일부 요소를 다시 가져오도록 실제로 설계되었습니다.

이러한 기능이 반환되더라도 셀룰러 연결 M2M 장치는 여전히 LPWA 네트워크보다 훨씬 더 많은 전력과 에너지를 필요로 한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 4G-LTE 데이터 전용 전력 요구 사항은 새로 부상하는 LPWAN 네트워크 시스템보다 전송(~120mA 대 ~12mA)의 경우 10배, 대기(~2mA 대 ~2마이크로암페어)의 경우 1000배 더 많습니다. 이것은 이동통신 사업자가 직면해야 하는 과제입니다.

LTE-M은 내년 말에 제안될 예정이며 비준을 거쳐 채택될 예정이다. 2017년 말이나 2018년에 LTE-M의 첫 번째 반복이 가능할 것입니다. 따라서 지금(또는 향후 3년 정도) 배터리 효율이 더 높은 솔루션이 필요하다면 아마도 저전력, 광폭 - 영역 네트워크.

데이터 전송

4G 및 LTE와 같은 최신 셀룰러의 경우 사업자들이 방송할 수 있는 대역이 44개 있습니다. 따라서 장치가 연결을 시도할 때 잠재적인 대역폭이 충분히 있습니다.

하지만 LTE 네트워크는 광대역을 위해 설계되었습니다. 연락. Netflix 시청 또는 FaceTime 통화와 같은 비디오 기능을 포함하여 고품질 음성 및 데이터에 최적화되어 있습니다. 우리는 이것을 빅 데이터 주위를 이동하도록 설계된 덤프 트럭으로 완전히 채워진 거대한 8차선 고속도로로 설명하고 싶습니다. 그렇다면 큰 데이터를 이동할 필요가 없고 작은 데이터 패킷만 보내야 하는 경우에는 어떻게 될까요? 글쎄, 그 덤프 트럭이 가득 차 있는 대신에 그들은 삽으로 가득 찬 데이터만을 가지고 있습니다. 분명히 이것은 매우 비효율적인 운송 계획이 될 것입니다.

많은 M2M 애플리케이션이 수백 바이트 미만을 전송한다는 사실을 기억하는 것이 중요합니다. 매일. 예를 들어 알람 패널은 매일 40바이트만 보냅니다. 장치가 시간당 30바이트를 전송한다고 가정하더라도 한 달에 22KB에 불과합니다. 이는 기가바이트의 데이터를 의미하는 이동통신 회사의 데이터 요금제보다 훨씬 적습니다.

따라서 우리의 비유에 따르면, 당신이 정말로 센서 기반 네트워크와 많은 새로운 IoT 애플리케이션에 대한 필요성은 엄청난 데이터 로드로 가득 찬 8차선 고속도로가 아니라 자전거 전용 도로만 있으면 됩니다! 이것이 LPWA 네트워크가 제공하는 것입니다. 즉, 소량의 데이터를 효율적으로 이동하는 방법입니다. 사물 인터넷을 전체적으로 생각할 때 센서가 있는 수백 대의 라디오가 아니라 수백억을 말하는 것임을 기억하십시오. 장치의. 그리고 그 모든 장치가 내일 TCP/IP를 실행하는 LTE 네트워크에 나타나면 네트워크가 완전히 망가질 것입니다.

셀룰러 IoT 비용

모듈 비용

대량으로 구매한 LTE 모듈의 가격은 25~30달러입니다. 대량으로 구매한 LPWA 모듈의 가격은 약 $10입니다. LPWA 네트워크가 성숙해짐에 따라(향후 3년 이내에) 모듈당 가격은 5달러에서 10달러 사이로 떨어질 것입니다. 10달러의 차이는 많이 수천(또는 수백만)의 모듈이 필요할 수 있습니다.

반복 수수료

오늘날(대부분 유럽에서) 배치되고 있는 LPWA 네트워크는 연간 몇 달러의 비용을 청구하고 있습니다. 이를 오늘날의 셀룰러 데이터 요금(한 달에 몇 달러)과 비교하면 이 수치에 배포된 수백만 대의 장치를 곱하기 시작하면 큰 차이가 있음을 알 수 있습니다. 많은 조직이 LPWA 애플리케이션에 대해 수행하는 것처럼 자체 인프라를 배포하는 경우 월별 반복 비용이 없음을 기억하십시오.

기타 수수료

일부 셀룰러 시스템에서 염두에 두어야 할 또 다른 사항은 SIM 요금, 활성화 및 비활성화 요금 등과 같은 다른 비용이 있다는 것입니다. 이러한 유형의 변경은 사용자가 주의하지 않으면 누적될 수 있습니다. 또한 일부 네트워크는 데이터 전송 여부에 관계없이 사용자에게 요금을 부과합니다. LPWA 네트워크도 동일한 작업을 수행할 수 있지만 비용이 훨씬 저렴하여 명목상 요금일 수 있습니다.

어떤 유형의 네트워크가 가장 좋습니까?

결국 무엇을 친절한 전송하는 데이터의 방법 많이 작업에 적합한 도구를 선택할 수 있습니다. 위의 비유에 따르면 애플리케이션이 데이터 덤프 트럭을 사용하는 경우 셀룰러 IoT가 원하는 방향일 수 있습니다. 그러나 덤프 트럭에 삽으로 가득 찬 소량의 데이터만 사용하는 경우 자전거 전용 도로를 이용하고 LPWA 네트워크를 사용하는 것이 좋습니다.

또한 셀룰러 및 LPWA가 사용 가능한 M2M 네트워크의 유일한 유형이 아니라는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 사실, 우리는 가장 인기 있는 7개의 M2M 네트워크에 대한 백서를 작성했으며 어떤 네트워크 옵션이 귀하의 조직에 가장 적합한지 더 잘 이해하기 위해 살펴보는 것이 좋습니다.