Home / IoT-insikter / Uppkopplingstekniker för IoT

Uppkopplingstekniker för IoT

Att välja den mest lämpliga konnektivitetsteknologin är ett av de viktigaste besluten som företag behöver ta i sin IoT-lanseringsstrategi, eftersom konnektivitet är en viktig komponent i en IoT-lösning från början till slut. Ta reda på mer i vår rapport.

Detta beslut kan påverka hur lyckad tjänsten är eftersom ett dåligt val kan leda till sämre prestanda eller högre kostnad på kort sikt, och på lång sikt kan det hindra skalbarhet eller innebära ett kostsamt byte om teknologin inte är tillräckligt framtidssäker.

Rapport: Connectivity Technologies for IoT (engelska)

Denna teknikrapport vägleder företagen att välja den lämpligaste uppkopplingstekniken.

Ämnen som tas upp:

  • De huvudsakliga konnektivitetsteknologierna för IoT; de största skillnaderna mellan dem samt fördelarna och nackdelarna med respektive.
  • Vilka är de viktigaste faktorerna ett företag bör beakta för att välja rätt IoT-teknologi?
  • Kartläggning av applikationsområde och teknologi; vilken är den bästa matchningen per användningsområde och branschvertikal?
  • Verkliga kundcase kring hur utvalda Telenor Connexion-kunder resonerade och valde.
  • Framtidsutsikter och förutsägelser kring hur teknologierna förväntas utvecklas.

Vad är IoT connectivity?

Traditionellt har Internet of Things-landskapet eller snarare kommunikation mellan maskin och maskin (M2M) dominerats av radioteknik som ZigBee, Bluetooth och Wi-Fi för korta lokala nätverk och traditionella mobiltelefoner som 2G / 3G / 4G för breda nätverk, med 5G som nyligen har lagts till i det senare. Många av dessa tekniker, särskilt Wi-Fi och 2G / 3G / 4G / 5G, var ursprungligen designade för röst- och datatjänster för konsumenter och företag.

Förhandsgranskning av innehåll

Konnektivitetsteknologi i kontexten av en IoT-lanseringsstrategi

Under de senaste åren har Internet of Things-enheterna utvecklats från test-bed teknologi för futuristiska use cases till en möjliggörare för förbättringar av drift och produktion samt kundnöjdhet. Många Internet of Things-case använder en rad tekniska, kommersiella och ekosystemrelaterade krav. Företagen måste därför överväga lämpliga konnektivitetsteknologier som möjliggör IoT-lösningar från början till slut. Detta beslut är avgörande för den kommersiella framgången och TCO:n (total cost of ownership) för tjänsten. Fel val av teknologi kan leda till sämre prestanda eller högre kostnad på kort sikt och hindra långsiktig skalbarhet och framtidssäkerhet.

Sedan den första versionen av denna rapport har landskapet för konnektivitetsteknologier för IoT förändrats snabbt. Traditionell mobil teknologi som i första hand vänder sig till konsument har utvidgats till 5G medan nya mobila och proprietära Low-Power Wide-Area (LPWA) -teknologier har utvecklats specifikt för IoT-ändamål. Det nya landskapet med konnektivitetsteknologier för IoT kan därmed ta itu med en helt ny komplexitet och skalbarhet av IoT. Vilken konnektivitetsteknologi som passar bäst för olika case beror dock på de teknologiska kraven för varje specifikt fall.

Vår analys identifierar och grupperar dessa teknologiska krav i tre kategorier – tekniskt, kommersiellt och ekosystemrelaterat, vilket ger ett strukturerat tillvägagångssätt som företag kan använda för att analysera deras specifika behov:

  • Tekniska krav – täckning, energieffektivitet, datahastighet, andra funktioner som är relevanta för specifika applikationer (rörlighet, positionering, latens, densitet);
  • Kommersiella krav – TCO, tillförlitlighet, säkerhet, skalbarhet;
  • Ekosystemkrav – framtidssäkerhet, global räckvidd ochinteroperabilitet.

Ingen enskild teknologi är idealisk för alla potentiella Internet of Things-case och vissa teknologier kommer att co-existera som kompletterande snarare än konkurrerande standarder. För närvarande finns det olika aktörer inom dessa teknologier som syftar till att etablera deras marknadsdominans och ekosystem. Denna fragmentering i branschen kommer på sikt att konsolideras till några ledande aktörer.

Enligt vår analys är LoRa, NB-IoT och LTE-M bra komplement för utrullning av IoT i avlägsna / glesbygdsområden och kommer tillsammans att ta itu med en stor del av denna marknad. Det dynamiska öppna ekosystemet i LoRa är idealiskt för privata nätverk med anpassade utrullningar, medan NB-IoT och LTE-M stöds av stora mobiloperatörer som erbjuder standardiserad anslutning med global räckvidd. Andra patenterade tekniker som Sigfox kan ta itu med vissa nischsegment, men huruvida de är framtidssäkra återstår att se. För applikationer som kräver hög datahastighet är de mest lämpliga teknikalternativen antingen 4G, 5G, Wi-Fi eller Bluetooth Low Energy (BLE), beroende på omfattningen av IoT-utrullningarna. 5G kommer specifikt att skapa nya möjligheter för nya case med en rad komplexa krav, t.ex. autonoma fordon. För lokala kortdistansapplikationer är valet av konnektivitetsteknologi mindre uppenbart och ofta är gränssnittet och implementeringen av plattforms- och applikationslager mest kritiska. Slutligen visar denna rapport några case och diskuterar behoven hos olika applikationsområden, såsom automotive, industrial manufacturing och utilities för att illustrera vilken teknologi som är bäst lämpad för att tillgodose dessa behov.

Internet of Things (IoT) förändrar många branscher skapar ett värde för både företag och dess kunder. Denna rapport syftar till att tillhandahålla ett strukturerat tillvägagångssätt som företag kan använda sig av för att analysera sina krav på konnektivitetsteknologi, ge insikter om tillgängliga konnektivitetsteknologier och hur de kan tillgodose behoven i specifika applikationsområden och fall.

Vad är IoT-teknologi?

Distribuering av Internet of Things innebär att säkra en helhetslösning som inkluderar hårdvara (enhet, komponenter), konnektivitetsteknologi, plattform och applikationer (programvara), ofta sammanförs med hjälp av en systemintegratör / teknikkonsult. Var och en av dessa komponenter är viktig och har sina egna krav. I den här rapporten fokuserar vi på att ge insikter och analyser kring hur företag kan välja den mest lämpliga konnektivitetsteknologin bland flera alternativ, såsom traditionell mobil (2G / 3G / 4G / 5G), en rad av low-power-wide-area (LPWA) alternativ, Wi-Fi med flera.

Välja IoT-teknologi för global distribution

Att välja den mest lämpliga konnektivitetsteknologin är ett av de strategiska besluten med långsiktiga konsekvenser som företag behöver ta när de rullar ut IoT. Internet of Things-resan börjar vanligtvis med att definiera vision och mål – dessa kan vara att öka intäkterna genom att möjliggöra nya tjänster och affärsmodeller eller att sänka kostnaderna i interna produktionsprocesser och inom försörjningskedjan. Huvudfrågan att ställa är hur den uppkopplade produkten och den genererade datan kommer att användas och leverera värde till företaget och dess kunder.

Efter att ha definierat både de strategiska och ekonomiska målen och effekterna kan företagen fortsätta med att identifiera tekniska krav och välja de lämpligaste teknologierna och leverantörerna. Som illustreras i figur 1 innebär distribuering av Internet of Things att säkra en helhetslösning som inkluderar hårdvara (enhet, komponenter), konnektivitetsteknologi, plattform och applikationer (programvara), ofta sammanförs med hjälp av en systemintegratör / teknikkonsult.

Var och en av dessa komponenter är viktig och har sina egna krav. I den här rapporten fokuserar vi på att ge insikter och analyser kring hur företag kan välja den mest lämpliga konnektivitetsteknologin bland flera alternativ, såsom traditionell mobil (2G / 3G / 4G / 5G), en rad av low-power-wide-area (LPWA) alternativ, Wi-Fi med flera.

Figur 1: Huvudkomponenter i en IoT-lösning från början till slut

Varje fall har specifika egenskaper och behov som översätts till vissa teknologiska krav – tekniskt, kommersiellt och ekosystemrelaterat. Vi har identifierat och beskrivit dessa viktiga teknologiska krav i nästa avsnitt i denna rapport. Till exempel kan företag ha produkter som är:

  • Enkla sensorer som levererar små mängder icke-känslig data med låga säkerhetskrav, men behov av låga kostnader för att distribuera och hantera ett stort antal enheter i närheten;
  • (En del av) sofistikerade maskiner som behöver rapportera data ochmonitoreras, uppgraderas och underhållas på distans, med behov av en hög säkerhetsnivå och vara framtidssäkra i 5-10 år, samtidigt som de kan fungera på platser som är svåråtkomliga.

För vissa fall kan valet av teknologi vara mycket enkelt, medan det för andra kan behöva välja bland ett antal teknologier som i teorin kan tillgodose behoven, men troligtvis med olika avvägningar.

Vad är ett IoT-nätverk?

Ett Internet of Things-nätverk hänvisar till en samling sammankopplade enheter som kommunicerar med andra enheter. Detta har gjort det möjligt för enheter att fungera utan att involvera någon människa. Ett Internet of Things-nätverk kan vara i relation till autonoma bilar, apparater och wearables.

Vikten av att välja rätt konnektivitetsteknologi

Att välja rätt konnektivitet (och leverantör) kan påverka den kommersiella framgången både på kort och lång sikt, varför båda perspektiv bör övervägas. På kort sikt kan ett dåligt val leda till sämre resultat eller högre kostnad än budgeterat. På lång sikt kan det hindra skalbarhet när enhetsantalet ökar eller enheter kräver ett dyrt byte om tekniken inte visar sig vara tillräckligt framtidssäkrad för att stödja långa produktlivscykler.

Det finns för närvarande en rad fragmenterade teknologier tillgängliga för Internet of Things, baserat på både licensierat och olicensierat spektrum. Den nuvarande fragmenteringen är dock inte hållbar för branschen på lång sikt. Vi tror att vissa konnektivitetsteknologier (eller spelare) kommer att framstå som ledande inom sin kategori, men ingen enskild teknologi eller lösning är idealisk för att tillgodose alla potentiella IoT-case. Ett antal teknologier (och leverantörer) kommer att samexistera bredvid, som kompletterande snarare än konkurrerande standarder. Valet av konnektivitetstenologier för ett företag beror på de specifika kraven för varje case och den konkurrensutsatta miljön. I vilket fall som helst rekommenderas ett stegvis tillvägagångssätt där företag börjar små och småskaligt.

Traditionellt har Internet of Things-landskapet eller snarare kommunikation mellan maskin och maskin (M2M) dominerats av radioteknik som ZigBee, Bluetooth och Wi-Fi för korta lokala nätverk och traditionella mobiltelefoner som 2G / 3G / 4G för breda nätverk, med 5G som nyligen har lagts till i det senare. Många av dessa tekniker, särskilt Wi-Fi och 2G / 3G / 4G / 5G, var ursprungligen designade för röst- och datatjänster för konsumenter och företag.

Ett antal nya radiotekniker har nyligen dykt upp för att koppla upp saker som tidigare var för dyra eller för avlägsna för att kunna kopplas upp. Dessa nykomlingar som kännetecknas av sin låga energiförbrukning och breda täckning är allmänt kända som LPWA-teknik (Low Power Wide Area). Vi delar upp dem i två huvudkategorier. Den första är proprietär LPWA som Sigfox och LoRa, som fungerar på olicensierat spektrum; de distribueras vanligtvis av icke-telekomaktörer men kan också distribueras av teleoperatörer. Den andra är 3GPP-standardiserad LPWA (kallas ofta “cellulär LPWA”) såsom NB-IoT och LTE-M, som är operatörsstyrda nätverk och fungerar på licensierat spektrum. Dessa tekniker utvecklades specifikt för att tillhandahålla ett mobilalternativ som tillgodoser behoven hos IoT; de standardiserades 2016 och implementeringar startade 2017.

För att välja rätt alternativ för en specifik Internet of Things-applikation när man står inför ett så mångsidigt urval av tekniker krävs en förståelse för teknik från många olika vinklar. Som illustreras i figur 2 delar vårt ramverk kriterierna i tre huvuddimensioner: tekniska, kommersiella och ekosystemrelaterade krav. I följande avsnitt kommer vi att beskriva relevansen av dessa krav.

Figur 2: Krav för konnektivitetsteknologi

Vad är Internet of Things?

Internet of Things gör det möjligt för organisationer att förverkliga effektivitet och fånga möjligheter. Den första Internet of Things-enheten antas vara en varuautomat och termen Internet of Things myntades 1999 av den brittiska teknologen Kevin Ashton.

Krav för att välja IoT-anslutningsteknik

Tekniska krav

De tre huvudsakliga tekniska kraven för alla företag som tittar på Internet of Things-anslutningsteknik är täckning, energieffektivitet och datahastighet. Ingen enskild teknik kan utmärka sig i alla dessa aspekter, eftersom det här är avvägningar som varje radioteknik står inför (se figur 3).

Rapportering

Alla Internet of Things-applikationer behöver bra täckning för att koppla upp enheter men vissa behöver bara täcka vissa områden inomhus medan andra kräver omfattande täckning på landsbygd eller avlägsna områden. En teknologi med lång räckvidd är bättre lämpad för att koppla upp enheter utspridda i ett stort område.

Traditionell mobil teknologi, som 3G eller 4G, är ett typiskt exempel på en wide area-lösning med utmärkt radio range för utomhusenheter i de flesta stadsområdena. LPWA-teknologier förbättrar det uppkopplade området ytterligare genom att använda mer robusta kodningsscheman, vilket gör dem idealiska för att nå avlägsna områden och för att nå djupt inomhus. Korta räckviddsteknologier, som Wi-Fi och ZigBee, är lämpliga för uppkoppling av många enheter som distribueras i närheten.

Energieffektivitet

Energieffektiviteten hos en konnektivitetsteknologi har en betydande inverkan på livslängden eller underhållscykeln för Internet of Things-enheter som förlitar sig på batteri- eller energiförbrukning och är beroende av konnektivitetsteknologins räckvidd, topologi och komplexitet. Enhetens totala energiförbrukning beror också på användningen av applikationen, såsom frekvensen och varaktigheten för meddelandeöverföringen.

Korta räckviddsteknologier som ZigBee är beroende av mesh-topologi för att vidarebefordra meddelanden från en enhet till en annan via flera hops. På det sättet kan ZigBee utöka täckningen men kan ta slut på batterierna snabbare eftersom en enskild enhet ständigt måste lyssna och vara redo att vidarebefordra meddelanden. Wide area-teknik, som 2G, förlitar sig istället på stjärntopologi och behåller det mesta av intelligensen och komplexiteten vid basstationen där strömförsörjningen inte är en begränsande faktor. LPWA-teknik, såsom NB-IoT, minskar energiförbrukningen ytterligare genom att ta bort signalprotokollet och minska mängden overhead till det minimala, vilket möjliggör längre batteritid.

Datahastighet (på upp- och nedladdning)

Datahastighetskrav för Internet of Things-applikationer varierar från hundratals bites per sekund (bps) för mätning till flera megabit per sekund (Mbps) för videoövervakning för uppladdning. Vidare, med tillkomsten av mer sofistikerade Internet of Things-applikationer, måste slutanordningar kunna ta emot data packages med tillräckligt höga hastigheter, dvs. ha tillräckligt hög nedladdning.

Wi-Fi och mobilnät har använt stor bandbredd och komplexa waveforms med adaptiv moduleringshastighet för att stödja hög datahastighet. Men de förbrukar antingen mer kraft eller har en kortare räckvidd. Däremot har de flesta LPWA-tekniker mycket lägre datahastighet och lägre energiförbrukning, eftersom de använder ett mer robust moduleringsschema och körs på råvaruprisade mikrokontroller med begränsad bandbredd.

Figur 3: Avvägningar av teknologisk nivå

Som illustreras i figur 3 ligger traditionella mobilteknologins styrkor i datahastigheten (mestadels 4G, 5G) och räckvidd med komplexa mönster optimerade för röst- och datatjänster för masskonsumenter. korta räckviddsteknologier som Bluetooth Low Energy (BLE) och ZigBee fokuserar på datahastighet och batteritid på bekostnad av räckvidden; LPWA-teknik som NB-IoT ger överlägsen batteritid och täckning, men där låg datahastighet är nackdelen.

Andra tekniska funktioner

Förutom de viktigaste tekniska övervägandena som diskuterats ovan finns det andra tekniska funktioner som kan vara väldigt relevanta för vissa applikationer.

Rörlighet – i många Internet of Things-applikationer kommer en enhet att installeras på en fast plats och paras ihop med en enda åtkomstpunkt under hela livstiden, men andra applikationer kan kräva att enheten är i drift när den rör sig genom täckningen av olika åtkomstpunkter. Medan de flesta tekniker stöder enhetsförflyttning till olika åtkomstpunkter, kan omplaceringsprocessen vara lika sömlös som i mobilnätet eller endast ske med schemalagda intervaller.

Positionering – Enhetens plats är ofta värdefull information. Men GPS-spårning är inte alltid möjlig på grund av dess begränsade inomhustäckning, extra kostnad och komplexitet. Därför är naturligt stöd för positionering en önskvärd funktion. De flesta tekniker över ett stort område kan använda triangulering för att bestämma enhetens plats, men noggrannheten är ganska begränsad för teknik med smal kanalbandbredd och situationer där enheten är statisk utan direkt signalväg. Wi-Fi och Bluetooth förbättrar ständigt sin positioneringsförmåga när algoritmen blir mer sofistikerad.

Latency – låg latency är avgörande för Internet of Things-applikationer som är beroende av fjärrkontroll och med minimal fördröjningstolerans (latency) för signalöverföring. Latency-kritiska applikationer sträcker sig från enklare fall som bilvärmare till mycket komplexa fall som fjärrkirurgi, industriell automatisering och autonom körning.

Enhetstäthet – ju fler enheter som är uppkopplade, desto viktigare blir det för en konnektivitetsteknologi att kunna hantera ett stort antal uppkopplingar inom ett visst område. Utmaningen är att leverera tillförlitlig uppkoppling samtidigt som störningar mellan de olika signalerna minimeras. Typiskt är enhetsdensitet inom massivt Internet of Things (mIoT) -kontext betraktat som antal enheter per kvadratkilometer.

Kommersiella krav

Total ägandekostnad (TCO)

TCO för en Internet of Things-konnektivitetslösning är en funktion av modulen, prenumerations- och distributions- och underhållskostnader för konnektivitetsteknologi.

Modulkostnad

Den uppkopplade modulen är en av huvudkomponenterna i en Internet of Things-enhet, som illustreras i figur 4. Den upppkopplade modulens kostnad är direkt proportionell mot komplexiteten i tekniken, allt från sub- $ 5 LPWA-moduler till dyrare LTE-moduler på grund av deras dyrare hårdvara och IP-royalty. Det förväntas att priset på den senare har potential för ytterligare minskning när distributionsvolymen ökar.

Prenumerationskostnad

Kostnad per prenumeration debiteras av en nätoperatör för att tillhandahålla konnektivitet. Denna kostnad kan vara noll om företaget driver sitt egna privata nätverk. Prenumerationskostnaden för mobil uppkoppling drivs huvudsakligen av dataanvändning och roaming, men består av ett antal komponenter inklusive den månadsvisa fasta avgiften och tilläggstjänster. I båda fallen medför dock komplexiteten att faktiskt distribuera och underhålla respektive Internet of Things-nätverk ytterligare kostnader i bilden som måste utvärderas separat för att få hela TCO-bilden.

Denna rapport är skriven i samarbete med Northstream (en del av Accenture).

Se webinariet “Connectivity technologies for IoT”

Hitta fler figurer i rapporten:

Huvudteknologier för IoT - Tekniska, kommersiella och ekosystemrelaterade överväganden

Spindelnätgrafik för olika applikationer och användningsfall och deras krav på IoT-anslutning

Applikationsområden, deras användningsfall och de typiska kraven för IoT-anslutningsteknik