Ericsson – Internet Rzeczy w mieście

Internet Rzeczy w mieście. W dużych miastach gwałtownie rośnie ilość urządzeń działających w ramach Internetu Rzeczy (IoT). Wiele z nich zainstalowanych jest głęboko w budynkach, gdzie niezbędne jest zapewnienie odpowiedniego zasięgu. Symulacja realistycznego scenariusza z dużą ilością urządzeń IoT działających w mieście wykazała, że nawet 99% tego rodzaju sprzętu zainstalowanego głęboko w budynkach może potencjalnie łączyć się z siecią za pomocą nowych technologii komórkowej transmisji danych. Sieci komórkowe doskonale nadają się do tego, by obsługiwać pojawiające się na rynku urządzenia IoT.

 

Wynika to z ich powszechnej dostępności. A także z parametrów technicznych zapewniających odpowiedni poziom bezpieczeństwa i niezawodności. Głównym zadaniem sieci komórkowych jest obecnie oferowanie odpowiedniego zasięgu szerokopasmowego Internetu. Pojawienie się urządzeń IoT spowodowało konieczność stawienia czoła nowym, związanym z odpowiednim zasięgiem wyzwaniom. Do pokonania owych wyzwań mogą przyczynić się technologie komórkowe, dla których opracowane zostały niedawno nowe standardy.

Należą do nich takie rozwiązania, jak sieci 3GPP LPWA (Low-Power Wide-Area). Czy też technologie Cat-M1 oraz NB-IoT, które można wdrożyć z wykorzystaniem obecnych sieci LTE. Tego rodzaju systemy spełniają wymagania związane z zapewnieniem odpowiedniego zasięgu urządzeniom IoT i są kompatybilne z szeroką gamą tanich rozwiązań. Nadający się do różnego rodzaju zastosowań standard Cat-M1 został zaprojektowany pod kątem współpracy z szeroką gamą urządzeń IoT. Od najprostszych, po te wymagające transmisji znacznych ilości danych. Mogą to być na przykład podłączone do sieci kosze na śmieci. Systemy alarmowe obsługujące technologię wsparcia głosowego. Ale też urządzenia wykorzystywane w obsłudze flot samochodowych. Cat-M1 zapewnia teoretyczną, szczytową prędkość wysyłania danych wynoszącą około 1 Mb/s.

Istnieje jednak pewna zależność pomiędzy szybkością przesyłu danych a zasięgiem. Im mniejsza prędkość wymagana w danym urządzeniu, tym większy oferowany zasięg. Przyjęto następujące wymagania minimalne dotyczące zasięgu: maksymalna strata na połączeniu (MCL) równa 160 dB, przy dostępnej prędkości wysyłania danych około 1 kb/s.

Powyższe parametry można porównać z MCL wynoszącym 144 dB dla sieci LTE, gdzie odbiór danych odbywa się z prędkością do 1 Mb/s, zaś ich wysyłanie z prędkością kilkudziesięciu kb/s. nNB-IoT jest rozwiązaniem wąskopasmowym, które zostało zaprojektowane w celu zapewnienia lepszego zasięgu oraz wykorzystania urządzeń jeszcze tańszych niż w przypadku standardu Cat-M1. Jest ono stosowane w przypadkach, w których wymagana jest ultraniska transmisja danych – takich jak czujniki dymu i liczniki mediów.

Przyjęto następujące wymagania minimalne dotyczące zasięgu: maksymalna strata na połączeniu (MCL) równa 164 dB, przy dostępnej prędkości wysyłania danych około 300-400 b/s. Obydwie technologie umożliwiają obsługę ogromnej ilości urządzeń IoT przedstawionych na załączonym rysunku.

Model IoT w mieście

Analizą objęto możliwość zapewnienia zasięgu znacznej ilości urządzeń IoT działających na terenie rozległej metropolii.

Pomiary dokonane na działającej komercyjnie szerokopasmowej sieci LTE zostały wykorzystane do skalibrowania modelu, w którym przebadano zasięg oferowany przez rozwiązania LTE, Cat-M1 oraz NB-IoT. Użyto trójwymiarowego modelu miasta, ze średnią ilością budynków na kilometr kwadratowy równą niemal 2.100, oraz ze średnią liczbą 5 kondygnacji w budynku. Analizie poddano charakterystykę transmisji przebiegającej zarówno po linii pozbawionej przeszkód, jak i z przeszkodami. Zbadano też propagację sygnału radiowego „z zewnątrz do wewnątrz”, oraz wewnątrz budynków. Założono, że typowe, bazowe stacje radiowe są oddalone od siebie o około 500 metrów.Urządzenia IoT, występujące w liczbie około 20.000 na kilometr kwadratowy, były równomiernie rozłożone w całym mieście. Zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz budynków. Zaś w poszczególnych środowiskach zastosowano odpowiednią dla nich siłę sygnału.

Na przykład dla zlokalizowanych częściowo pod ziemią piwnic przyjęto dodatkową stratę wynoszącą 5 dB ponad atenuację sygnału wewnątrz budynków. Natomiast w przypadku pomieszczeń zlokalizowanych całkowicie pod ziemią (lub głęboko wewnątrz budynków), założono dodatkową stratę 20 dB.Zasięg symulowano dla urządzeń IoT wykorzystujących technologię LTE, Cat-M1 oraz NB-IoT. Do obliczenia zasięgu poszczególnych technologii zastosowano ten sam rozkład komórek stacji bazowych. Zasięg sieci analizowano w dwóch zakresach częstotliwości: niższym (800 MHz) (jego zaletą jest lepsza propagacja sygnału, a tym samym większy zasięg), oraz wyższym (2,6 GHz), oferującym większą pojemność.

 

Zwiększenie zasięgu LTE dla potrzeb IoT

Modelowanie zakresu 800 MHz wykazało, że w miejscach utrudniających propagację sygnału radiowego, takich jak lokalizacje położone głęboko wewnątrz budynków, zarówno Cat-M1, jak i NB-IoT potrafią dotrzeć nawet do 99% urządzeń.

Wynik ten można porównać z rezultatem uzyskanym dla szerokopasmowej sieci LTE, gdzie udział znajdujących się w zasięgu urządzeń mobilnych wyniósł 77%. W przypadku zakresu 2,6 GHz, zasięg technologii Cat-M1 oraz NB-IoT również jest znacząco wyższy niż w przypadku LTE, gdzie wynosi jedynie 32%. Zasięg można zwiększyć w przypadku urządzeń IoT o niskim zapotrzebowaniu na dane poprzez zmniejszenie prędkości transmisji. Dzięki temu, że już w fazie testów udało się przekroczyć cele wyznaczone dla 3GPP, wprowadzone usprawnienia pozwolą na uruchomienie w miastach ogromnej ilości urządzeń IoT. A także zagwarantują, że 99% z nich pozostanie w zasięgu sieci komórkowych.

 

 

 

źródło: ericsson