Tecnologia radio con licenza e senza licenza | 1NCE
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Quando si sviluppano dispositivi per l'Internet delle cose ci si chiede presto quali standard di connettività IoT implementare. Mentre gli standard senza licenza, come LoRa o SigFox, possono essere implementati in modo indipendente e senza la necessità di pagare tariffe aggiuntive per un operatore di rete mobile, mancano di importanti vantaggi che gli standard con licenza, come 2G, 3G, 4G o anche 5G, NB-IoT o LTE-M, portano con sé.
Questo articolo è il primo di tre sulla connettività IoT e la scelta degli standard. In questa parte ci concentriamo sugli standard della tecnologia radio con licenza e senza licenza e vogliamo indagare su alcuni standard di comunicazione comuni per i casi d'uso Low Power Wide Area (LPWA) per farti capire meglio a cosa dovresti puntare, a seconda del progetto che stai sviluppando.
Tecnologia radio con licenza e senza licenza
Quando si sviluppano dispositivi IoT per uso mobile o esterno, tecnologie ben note come il classico WIFI o Zigbee sono fuori questione. Questi protocolli sono stati creati per la comunicazione in ambienti chiusi e si sono affermati soprattutto nel campo delle soluzioni smart home per il mercato consumer. Il loro consumo energetico e l'utilizzo della larghezza di banda non sono adatti a dispositivi che devono funzionare in luoghi remoti o senza fonti di alimentazione esterne per un periodo prolungato.
Rimangono quindi gli standard consolidati ma privi di licenza, come LoRa o SigFox (solo per citarne due), che utilizzano entrambi la banda 868 MHz in Europa. Raggiungono grandi distanze, anche attraverso gli edifici, e sono progettati per un basso consumo energetico. Uno dei motivi principali per scegliere soluzioni senza licenza è la possibilità di attivare autonomamente reti private che possono essere distribuite ovunque. Non c'è bisogno di un operatore esterno, almeno per le reti LoRaWAn, non ci sono canoni da pagare o contratti di cui preoccuparsi. Ma questa libertà comporta delle limitazioni.
Gli standard senza licenza hanno differenze regionali
Immagina di voler commercializzare il tuo prodotto al di fuori dell'Europa. Le frequenze sub-GHz non sono armonizzate tra le diverse regioni e sono soggette a una varietà di bande di spettro. Mentre l'Europa utilizza la banda 865-868 MHz, dovrete utilizzare 902-928 MHz negli Stati Uniti e 923 MHz in Asia. Questo comporta una maggiore complessità nella pianificazione e nello sviluppo dei prodotti.
Ciclo di funzionamento e limitazioni del tempo di trasmissione
Non si tratta solo delle frequenze, il diavolo si nasconde nei dettagli: L'Europa ha un limite di potenza inferiore rispetto agli Stati Uniti, un vincolo che può influire sulla portata del dispositivo. Poi c'è il ciclo di funzionamento in ciascuna delle sottobande che dovete rispettare in Europa. L'Europa consente di essere in onda solo per l'1% in un'ora, quindi al massimo 36 secondi ogni 60 minuti. Negli Stati Uniti, invece, non si può andare in onda per più di 400 millisecondi per larghezze di banda inferiori a 500 kHz. Pertanto, potrebbe essere necessario utilizzare il salto di frequenza per ottenere i dati.
Interferenze e affidabilità regionale
L'affidabilità del dispositivo in ciascuna delle diverse regioni è un altro punto da considerare quando si sceglie una rete senza licenza. Le interferenze possono avere un forte impatto sull'affidabilità del dispositivo. Mentre in Europa la banda 868 è relativamente priva di interferenze poiché molte altre soluzioni wireless operano a 2,4 GHz o 433 MHz, la banda 900 MHz degli Stati Uniti è notevolmente più rumorosa. È stata utilizzata per molti altri dispositivi, come telefoni cellulari o baby monitor.
Differenze normative
C'è poi un altro ostacolo, i diversi schemi normativi: Negli Stati Uniti, ad esempio, la Commissione Federale per le Comunicazioni (FCC) funge da ente certificatore che si occupa dell'applicazione, dei test, delle licenze e della conformità. Senza la loro approvazione non potrai vendere i tuoi prodotti in quel Paese. Anche l'Europa richiede la conformità a determinati standard stabiliti dall'Istituto europeo per gli standard di telecomunicazione (ETSI), ma a differenza degli Stati Uniti è possibile certificare da soli o tramite una società di test di terze parti.
La necessità di gateway aggiuntivi
Per trasmettere i dati al cloud, una rete LoRaWan richiede gateway aggiuntivi dedicati. Un hardware aggiuntivo significa maggiore complessità e costi più elevati. Inoltre, mentre NB-IoT utilizza la copertura della rete cellulare disponibile, con LoRa è molto probabile che si debba installare una propria rete LoRaWan, poiché non esiste una copertura analoga.
Gli standard autorizzati consentono di ottenere la stessa qualità in tutto il mondo
Se stai pensando a un prodotto globale, un prodotto in cui l'affidabilità è fondamentale, potresti prendere in considerazione la possibilità di scegliere una comunicazione cellulare con licenza. Oltre agli standard 2G, 3G e 4G, progettati principalmente per l'interazione umana o per l'aumento della larghezza di banda a fini multimediali, sono disponibili anche nuovi standard come NB-IoT o LTE-M, progettati specificamente per la comunicazione tra macchine o dispositivi.
La capacità di dati di NB-IoT o LTE-M è superiore a quella di LoRa o SigFox. Ciò è dovuto al già citato numero limitato di messaggi che possono essere trasmessi al giorno, soprattutto nelle reti europee. Queste sono progettate principalmente per trasportare decine di byte all'ora piuttosto che kilobyte. Tuttavia, NB-IoT o LTE-M possono supportare una durata di vita dei dispositivi simile, fino a 5-10 anni.
Infine, la comunicazione cellulare con licenza offre una tecnologia collaudata con elevati standard di sicurezza. Lo spettro di frequenze con licenza esistente consente una maggiore QoS (Quality of Service).
I prezzi per la comunicazione su licenza stanno diventando interessanti
Con l'abbassamento dei prezzi delle comunicazioni mobili su licenza, la tecnologia diventa sempre più interessante per gli sviluppatori IoT. Uno degli ultimi ostacoli è rappresentato dai molteplici e spesso complessi modelli di prezzo offerti dai vari operatori di telefonia mobile. 1NCE ha sviluppato 1NCE IoT Lifetime Flat, un modello di prezzo fisso e a basso costo che consente la connettività mobile per soli 10 euro per 10 anni, compresi 500 MB di dati e 250 SMS. In collaborazione con l'operatore tedesco Deutsche Telekom e China Telecom Global siamo in grado di fornire connettività mobile di alta qualità in oltre 100 paesi del mondo. L'ostacolo delle tariffe complesse è un ostacolo del passato.
Tuttavia, nonostante i vantaggi offerti da NB-IoT e LTE-M in termini di lunga durata della batteria, la sua disponibilità è ancora agli inizi e la copertura mondiale, soprattutto a parità di condizioni tariffarie, deve ancora essere migliorata. Per fortuna ci sono altri standard mobili che possono essere molto utili nel frattempo.
Nella seconda parte: Panoramica degli standard di rete cellulare disponibili
Fin qui il confronto tra gli standard di tecnologia radio con licenza e quelli senza licenza. Nella seconda parte della nostra serie di blog in tre parti daremo uno sguardo più approfondito agli standard di rete cellulare disponibili e spiegheremo come utilizzarli al meglio per il tuo progetto IoT individuale.