LoRaWAN, Sigfox nebo NB-IoT? Srovnání 3 významných typů IoT sítí

O čem dnes bude řeč

• Úvod do IoT sítí
• Jak IoT sítě fungují
• LoRaWan s celonárodním pokrytím
• Sigfox
• NB-IoT
• Závěr

Úvod do IoT sítí

Ptáte se, proč IoT zařízení prostě nepřipojíme ke „stejnému internetu“ jako naše notebooky nebo mobily? Odpověď je prostá – bylo by tam totiž příliš rušno. Nových zařízeních je čím dál tím víc a jednoduše by se tam „nevešla“.

Taková zařízení navíc potřebují speciální zacházení, které „normální sítě“ nemohou nabídnout. To je hlavně vzdálenost, na jakou mohou zařízení komunikovat, a energetická náročnost. Potřebujeme, aby nám baterie v zařízeních vydržely, co nejdéle.

K nejvýznamnějším sítím v ČR patří

• LoRaWAN - síť u nás rozvíjí a spravuje CRA
• Sigfox - pomáhá rozvíjet česká firma SimpleCell
• NB-IoT - v ČR rozvíjí O2 a Vodafone

Jak IoT sítě fungují?

Vypůjčíme si obrázek z článku IoT v zemědělstvím neboli chytrá farma a vysvětlíme si, jak takové sítě pracují.  

Na jedné straně jsou zařízení, která máte rozložená různě po farmě, fabrice nebo kancelářích. Taková zařízení musejí odesílat a přijímat data. Tady přichází na řadu právě IoT sítě, které umí levně a rychle přenést data z bodu A do bodu B a zase zpět.

Síť má za cíl stát se spolehlivou dálnicí pro data mezi zařízeními a firemními aplikacemi Je to stejné, jako se smartphonem. Koupíte zařízení, instalujete aplikace třetích stran a potom sbíráte nebo odesíláte data.

Tohle celé kolečko by nefungovalo, kdyby telekomunikační společnosti pracně nevybudovaly infrastrukturu, jakou máme dnes. Proto není divu, že do stavby IoT sítí se pouští hlavně společnosti, které s budováním podobné infrastruktury mají bohaté zkušenosti.

LoRaWAN od CRA

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) je volně přístupná technologie, nad kterou mohou společnosti stavět vlastní řešení. U nás si ji vybrali v CRA pro budování sítě pro internet věci. Technologie LoRaWAN vznikla díky více subjektům (narozdíl od Sigfoxu), takže zákazníci mohou využívat více zařízení (komponent) od různých výrobců.

LoRAWAN využívá radiovou komunikaci, která je určena pro přenos menšího množství informací na velkou vzdálenost. Velká výhoda je hlavně v nízké náročnosti na energii, takže baterie mohou vydržet až 10 let.

Pokrytí v ČR v roce 2019                                          Zdroj: cra.cz

Po síti mohou informace proudit rychlostí od 300 bit/s do 50 000 bit/s.
Stejně jako Sigfox i LoraWAN pracuje v nelicencovaném pásmu na frekvenci 868 MHz.

Velká výhoda tkví v tom, že do sítě nelze připojit žádné zařízení (čidlo, měřič nebo senzor), které od CRA nedostane certifikaci. To nutí výrobce IoT zařízení se dívat na IoT i z bezpečnostního hlediska.

Obousměrná komunikace

V síti LoRaWAN je navíc možné zařízení bez problému aktualizovat díky lepší obousměrné komunikaci. Díky tomu mohou výrobci a dodavatelé zařízení průběžně opravovat případné chyby, nebo jen čistě třeba nahrávat nový firmware.

Cena se odvozuje od počtu připojených zařízení do sítě a také na objemu přenesených dat. U žádné sítě nelze přesně říci, jakou budou roční náklady na provoz. Nejlepší je dané společnosti napsat a zeptat se.

CRA například nabízí balíček „Na zkoušku“, který je vhodný, když si chccete IoT zařízení nejprve vyzkoušet.

Sigfox

Takovým českým ambasadorem pro Sigfox se stala česká firma SimpleCell. Na stožáry se umístí moduly, které umožní komunikovat v síti Sigfox.

 

Největší problém s pokrytím je samozřejmě ve vysokohorských oblastech.  Zdroj: sigfox.cz

Všechna Sigfox zařízení musí obsahovat komunikační čip, který poskytuje možnost komunikovat na síti Sigfox. Zajímavé je, že takový čip nemá žádnou SIM kartu nebo IP adresu. Místo toho používá unikátní 32bitové Sigfox ID, které se vygeneruje hned při výrobě zařízení.

Rychlost přenosu dat po síti je pouze 100 bit/s, ale má to své důvody. Rychlost je dána především omezením ze strany Sigfoxu, aby zařízení poslala do světa maximálně 144 zpráv denně. Právě tím zajišťuje malou spotřebu energie a díky tomu zařízení mohou přežít 5 až 15 let na jednom místě a bez výměny.

Jedna z nevýhod Sigfoxu je obousměrná komunikace. Je aktivovaná pouze na vyžádání koncovým zařízením. Proto se Sigfox hodí spíše na jednosměrnou komunikaci. Ve zkratce tam, kde vám stačí přenášet denně pouze malou část dat. Hlavní nevýhoda je proto složitější aktualizace připojených zařízení (pokud je vůbec možná).

U Sigfoxu mohou vznikat problémy s připojením. Na vině bývá to, že mají minimum tzv. gateways (GWY). Vedle toho nefunguje za pohybu, takže se tato síť nehodí například pro mobilní aplikace. 

Přenos dat funguje podobně jako u LoRaWAN. Zařízení odešlou data k nejbližší stanice a ta je převede do cloudu. V případě Sigfoxu je cloud ve Francii. Odtamtud data získávají firmy a mohou s nimi dál pracovat. Pomocí API je pak převádějí do vlastních aplikací, které dodávají koncovým zákazníkům.

Stejně jako u dalších sítí, tak cenu nelze jednoduše spočítat. Vždy záleží na počtu zařízení a objemu přenesených dat. Bohužel žádný startovací balíček na zkoušku nenabízí.

NB-IoT

Celým názvem Narrow Band IoT. V ČR za touto sítí stojí mobilní operátoři. Komerčně ji zatím provozuje  pouze Vodafone. Ostatní jsou jsou zatím ve fázi testů. Vodafone využívá svou stávající infrastrukturu. Nemusí budovat novou síť, ale stačí pouze upravit software na vysílacích stanicích. Takový malý zásah vyhradí část LTE pásma čistě pro IoT zařízení. Narozdíl od svých dvou konkurentů nemusí investovat takové prostředky do rozvoje infrastruktury, jako antény a přijímače.

NB-IoT je náročnější na spotřebu energie. A to nevyužívá 4G ani 3G sítě, které jsou pro komunikaci s IoT zařízení ještě náročnější a zároveň spotřebují spousty dat. To je pro IoT nepraktické. Proto se v O2 a Vodafone rozhodli využít LTE pásmo. Dalším důvodem je, že na ostatních sítích fungují i mobilní zařízení, které komunikují se svými ústřednami mnohem častěji, což by mohlo působit problémy.

Pokrytím NB-IoT dosáhne k 96 % obyvatelům v ČR. Zdroj: vodafone.cz

Pro komunikaci musejí zařízení podporující technologii NB-IoT obsahovat SIM kartu. Zařízení mají už v sobě zabudovaný komunikační modul se SIM kartou, který zákazník při spuštění aktivuje. Následně se zařízení propojí s NB-IoT sítí a komunikace je na světě.

Bez přesného počtu zařízení a objemu přenesených dat nelze určit roční cenu za jedno zařízení. Ceny se významně liší právě na počtu zařízení.

NB-IoT nabízí startovací balíček, který zahrnuje 180 dnů testování a v ceně máte 20 SIM karet. Cena se ale neuvádí.

LoRaWAN vs Sigfox vs NB-IoT

Jasný vítěz? Neexistuje. Každá síť má své plusy i mínusy a hodí se vždy na něco jiného. Pokrytí má každá síť velice slušné. Ceny moc porovnat nelze, protože každý provozovatel je naceňuje individuálně a ceny nezveřejňují. Záleží především na tom, k čemu přesně potřebujete IoT technologie využít.

LoRaWAN

Umožňuje obousměrnou komunikaci i v pohybu a využívá se především tam, kde je potřeba často komunikovat a odesílat data při zachování minimální spotřeby baterie. Hodí se tedy hlavně na monitorování podmínek v okolí zařízení, jako je teplota, lokace, vlhkost, monitoring zdraví apod. Také tam, kde je potřeba zařízení dálkově ovládat pomocí analogových nebo digitálních výstupů.

Je vhodná i pro IoT zařízení a aplikace v zemědělství, ve zdravotnictví, v hotelech nebo nositelné technologie, jako jsou chytré hodinky.

Komunikační rychlost lze nastavit v rozmezí 300 až 50 000 bit/s což je více než Sigfox, ale méně než NB-IoT. LoRaWAN má dosah zařízení 20 km ve volné krajině a 2 až 5 km v hustě zabydlené oblasti.

Cena komunikačního čipu je zatím kolem 5 USD, ale předpokládá se, že cena klesne k 2 USD, jak to je u Sigfoxu. Kvůli tomu jsou zařízení do sítě LoRa trochu dražší, ale ne o tolik jako u NB-IoT.

Jak už jsme psali na začátku, tak jedna z velkých výhod u LoRaWANU je důraz na bezpečnost. CRA nepřipojí do sítě žádné zařízení, které neprojde jejich certifikačním procesem. To v době, kdy kyberbezpečnost v IoT je veřejně probírané téma, přijde určitě vhod.

Další výhoda je, že data neopouštějí ČR. Vše se ukládá na cloud od CRA, kde provozovatelé aplikaci mají přístup k dobře zdokumentovanému API a díky tomu mohou stavět užitečné aplikace.

Navíc LoRaWAN u nás provozuje společnost CRA, která má zkušenosti s budováním telekomunikační infrastruktury, staví vlastní data centra, cloud i kyberbezpečnostní služby pro firemní sítě.

LoRaWAN narozdíl od NB-IoT umožňuje signál ze zařízení dotáhnout kamkoli a to pomocí tzv. Pico Gateway. Bez ohledu na pokryt signálem. Celkové pokrytí tedy není tak rozhodující jako i NB-IoT.

Sigfox

Globální operátor, který má sídlo ve Francii. Bohužel to znamená, že pokud v ČR vygenerujete data přes Sigfox zařízení, tak doputují až do Francie. Teprve odtud mají provozovatelé aplikací možnost přistupovat k datům a pracovat s nimi.

Sigfox expanduje do ostatních zemích tím způsobem, že si nejdříve najde lokálního partnera (v ČR SimpleCell), která jim pomůže nebo zastřeší vývoj sítě pro Sigfox zařízení. Momentálně je Sigfox dostupný ve většině Evropy a usilovně pracuje na expanzi do dalších zemí po celém světě.

Sigfox zařízení mají limit na 144 zpráv za jediný den o maximální velikosti 12 bajtů. Maximální přenosová rychlost je 100 bit/s. Bohužel největší nevýhoda této sítě, je právě omezená obousměrná komunikace – zařízení může přijmout max. 4 zprávy denně. Což se nehodí pro aktualizace nebo pravidelnou komunikaci.

Cena komunikačního čipu je lehce pod 2 USD. Dosah signálu ze Sigfox zařízení je kolem 50 km ve volné krajině a 3 až 5 km v hustě zabydlené oblasti.

Sigfox se tedy více zaměřuje na zařízení, která právě nepotřebují často komunikovat. Sigfox se vyplatí např. pro velký počet zařízení, která jsou relativně levná na pořízení i správu.

Jedná se o síť primárně určenou jen pro jednosměrný sběr dat  a  to nikoli řízený.

NB-IoT

Síť v režii mobilních operátorů, která komerčně funguje jen u Vodafone, se může chlubit kvalitním pokrytím v ČR díky využití své stávající infrastruktury.

Je v porovnání s ostatními výrazně náročnější na spotřebu energie.

Cena komunikačního čipu je největší ze všech zmíněných technologií - 12 amerických dolarů. To nákup jednoho zařízení docela prodraží a obzvláště pokud jich budete kupovat stovky nebo víc.

Rychlost přenosu dat dosahuje až 200 000 bit/s. Dosah signálu je kolem 20 km a zařízení by mělo být schopno komunikovat všude, kde je dostupné LTE.

NB-IoT cílí na stejný trh, jako právě LoRaWAN a hodí se pro zařízení, které potřebují obousměrnou komunikaci. Jestli je pro vás cena zařízení (a jeho připojení k síti) rozhodujícím parametrem, potom vás nejspíš NB-IoT odradí.

Kam se obrátit pro více informací?

Věříme, že jste se v dnešním článku dozvěděli, jak IoT sítě fungují a dali jsme vám krátký přehled o (ne)výhodách jednotlivých sítích.

Doufáme, že jsme vás inspirovali natolik, abyste náš portál sledovali i v budoucnu. Dozvíte se o spoustě dalších zařízeních, která nám budou usnadňovat život. 

Jsme portál, který shromažďuje dodavatele a novinky na jednom místě. Ať máte snadný přístup k informacím i dodavatelům.

Zdroje: cra.cz, vodafone.cz, sigfox.cz, elektro.tzb-info.cz