Me olemme tehneet töitä NB-IoT teknologian parissa jo yli 2 vuotta. Yksi konkreettinen tulos tästä kehityksestä on meidän UnSeen RAZR-teknologia-alusta, joka on ehtinyt jo kolmanteen kehitysversioonsa. Aloitimme kehitystyön jo 2016 tekemällä DNA:n ensimmäisen live-verkon hankkeen yhdessä Keskon kanssa.
Asiakasprojektien kautta olemme törmänneet joukkoon erilaisia kysymyksiä ja tiedonpalasia, jotka nousevat säännöllisesti esiin. Ajattelin käydä tässä niitä läpi, että sinun ei tarvitsisi lähteä liikkeelle aivan nollapisteestä. Näiden avulla pystyt hahmottamaan paremmin, minkälaisiin käyttötapauksiin NB-IoT voisi olla hyvä ratkaisu.
Termeistä sen verran että NB-IoT -teknologiasta käytetään joissain yhteyksissä nimiä CAT-NB1 ja CAT M2. Nämä siis tarkoittavat samaa standardia ja minä käytän tässä kirjoituksessa tuota ensimmäistä.
Minkälaiseen käyttöön NB-IoT on passeli?
Dataa pillin kautta pilveen
Ensimmäinen ja hyvin oleellinen näkökanta on ymmärtää datasiirtokapasiteetti, jonka NB-IoT (Narrowband-IoT) tarjoaa. Nimensä mukaisesti se on kapeakaistainen eli siirtokapasiteetiltaan ohut pilli verrattuna tuttuiin 3G/4G yhteyksiin.
Pieni datanopeus on tässä tapauksessa erinomainen asia, sillä se mahdollistaa monta hyödyllistä ominaisuutta, joihin standardia suunniteltaessa tähdättiin. Tiedonsiirtoon tarvittavat modeemit ovat yksinkertaisia ja sen vuoksi edullisia, laitteiden virrankulutus on pieni ja radioyhteyden kuuluvuus on parempi kuin 4G:llä. Tarkemmin NB-IoT:n taustoihin pääse kurkistamaan aikaisemmassa postauksessani.
NB-IoT:n kohdalla esitettäviin teoreettisiin datanopeuksiin (250 kbit/s DL/UL) kannattaa suhtautua tuttuun tapaan varauksella ja ohittaa ne saman tien. Oleellista on ymmärtää, että todelliset hyötynopeudet liikkuvat sadoista joihinkin tuhansiin bitteihin/s. Tämän vuoksi NB-IoT asemoituu käyttökohteisiin, joissa ei tarvita suuria tiedonsiirtomääriä ja sitä tarvitsee lähettää harvakseltaan. Tällaisia kohteita toki on aivan valtava määrä. Todelliseen tiedonsiirtonopeuteen vaikuttaa moni seikka aina verkon kuuluvuudesta, antenneihin, käytettyihin protokolliin, datan paketointitapoihin ja auringonpilkkuihin.
Tietoa eteenpäin ryppäissä
Toinen käyttökohteiden valintaan vaikuttava seikka on tapa, jolla NB-IoT laitteet toimivat virransäästömoodissa. Lähtökohtaisesti laitteet ovat nukkumassa mahdollisimman paljon ja katkaisevat yhteyden verkkoon. Ne heräävät ennalta määritellyin väliajoin tai sensorien aikaansaamien keskeytysten perusteella ja käynnistävät sitten verkkoyhteyden haun. Aika, joka kuluu laitteen heräämisestä pienenkin datamäärän siirtoon, on tyypillisesti sekunneista useisiin kymmeniin sekunteihin. Tämä toimintamalli saa aikaan myös sen, että laitteita ei voi herättää nopeasti verkon suunnasta.
Joissain tapauksissa NB-IoT lasketaan kuuluvaksi 5G-sukupolven verkkoihin ja tämä saattaa aiheuttaa hieman sekaannusta. Nopeiden 5G verkkojen myötä saatava huippulyhyt vasteaika ei ole tarjolla NB-IoT puolella.
Tyypillinen NB-IoT käyttökohde on sellainen, josta ei tarvita jatkuvaa katkeamatonta datavirtaa. Tällä tarkoitetaan muutaman kymmenen sekunnin, minuuttien, tuntien, päivien tai jopa viikkojen lähetyssyklejä. Dataa voidaan tarvittaessa kerätä pidemmältä ajalta yhteen ja lähettää se esimerkiksi kerran viikossa. Kuhunkin käyttötapaukseen kannattaa hakea järkevin kombinaatio.
Summa summarum, NB-IoT tarjoaa edullisen ratkaisun kohteisiin, josta et tarvitse aikakriittistä tietoa laitteen tilasta tai tarkoituksena ei ole tehdä nopeaa ohjausta laitteen suuntaan. Mikäli käyttökohteesi tarvitsee nopeampaa reagointia tai tiedonsiirtoa, LTE-M (kulkee myös nimellä Cat M1) -pohjainen tiedonsiirto voi olla sopivampi ratkaisu.
LTE-M on NB-IoT:n tapaan uusi tiedonsiirtotekniikka puhelinverkkoihin. Yksinkertaistettuna sen voi ajatella olevan napsua nopealiikeisempi yhteys. Kirjoittelen siitä tarkemmin tuonnempana. Nopeus tuo kuitenkin mukanaan myös hinnannousua. Jos NB-IoT modeemi maksaa esimerkikisi ~10 euroa, dual mode NB-IoT/LTE-M modeemit ovat sitten tuplasti kalliimpia.
Miten kauan patterit kestävät?
Tähän minulla valitettavasti ei ole heittää mitään tyhjentävää yhden lauseen vastausta vaan perinteinen ”se-vähän-riippuu”. NB-IoT on luotu matalaa energiankulutusta silmällä pitäen ja sen avulla pystyy tekemään patterilla tai verkkovirralla toimivia laitteita. Tässä kuitenkin tärkeimpiä patterien ja akkujen kestoon vaikuttavia asioita, joita varioimalla pystyy vaikuttaa ratkaisun (patterinvaihto) kustannuksiin ja siten business caseen:
- Se miten usein laite herätetään siirtämään dataa, alkaa helposti dominoida virrankulutusta ja isoilla lähetysmäärillä akun saa nopeasti tyhjäksi. Todellisen virrankulutuksen arvailussa ei paperiharjoituksilla pääse kovin pitkälle à Kannustamme rakentamaan käytännön kokeiluja, jotta pääset oppimaan todellisissa olosuhteissa, miten paljon datan siirtoa tarvitset suunnitellun palvelun tai ratkaisun toteuttamiseen. Vain siten saat luotettavaa tietoa business casen laskemista varten.
- Myös ratkaisun kokonaisarkkihtehtuuria miettiessä kannattaa huomioida virrankulutus. Jokainen turhaan siirretty bitti kuluttaa virtaa ja nostaa lopulta kuluja. Olemme optimoineet tätä RAZR-alustaa suunniteltaessa. Käytämme tiedonsiirtoon ja laitehallintaan http:n sijaan CoAP ja LwM2M -protokollia, jotka ovat optimoitu erittäin pienivirtaisten laitteiden ohjaamiseen.
- Data prosessoinnin hajauttaminen laitteen ja pilven välillä. Välillä esianalyysiä kannattaa tehdä laitteessa ja toisissa tapauksissa kaikki rouhinta kannattaa jättää pilveen. Laite voidaan ohjelmoida seuraamaan muutoksia mittausdatassa ja ottamaan yhteyden ainoastaan silloin kun on jotain merkittävää informoitavaa. Vastaavasti voidaan siirtää ainoastaan muuttuneet oleelliset bitit ja jättää koko muu datataulu lähettämättä.
- Mikäli käytät paikannusta, kannattaa huomioida, että GPS syö tuhottomasti virtaa ja sen käyttöä kannattaa minimoida tai miettiä voisiko pärjätä verkkopohjaisella paikannuksella.
- Antennin herkkyys ja yhteyden laatu vaikuttaa virrankulutukseen. Verkon reuna-alueilla ja syvällä rakennuksen sisällä laite joutuu käyttämään suurempia lähetystehoja ja tällöin heikosti suunniteltu antenni lisää turhaa virrankulutusta.
Summa summarum: NB-IoT tuo tarjolle pitkän kantaman radioyhteyden, jota voi käyttää järkevästi paristoilla ja järkevillä tiedonsiirtomäärillä. Se riittääkö paristot, riippuu tietenkin käyttötapauksestasi. Hyvä nyrkkisääntö on, mikäli tarvitset tiheärytmistä tiedonsiirtoa, kannattaa harkita laitteen liittämistä verkkovirtaan tai ainakin speksata mukaan iso paristo.
Minulla on vanhaa ja uutta laitekantaa. Voisiko NB-IoT:ta käyttää niiden kytkemiseen edullisesti verkkoon?
Tämä on yksi potentiaalisimpia käyttökohteita, joihin NB-IoT voi tarjota uuden, liiketaloudellisesti järkevän ratkaisun. Laitteillasi on kova kustannuspaine ja sen vuoksi myyntihintoihin ei voi leipoa kovin isoja hinnankorotuksia. Toisaalta datayhteyden kautta tuleva hyöty asiakkaalle pitää olla kristallin kirkas, että on perusteltua lisätä mukaan pitkän kantaman radio. Tähänkin pätee sama perusvinkki: pääset parhaiten selville ideoiden toimivuudesta rakentamalla kokeiluja ja testaamalla syntyviä hyötyjä oikeilla asiakkailla.
NB-IoT:in hyvät ominaisuudet, mukaan lukien komponenttien hinnat, tekevät monesta tämäntyyppisestä ideasta mahdollisen. UnSeen:in RAZR nopeuttaa vanhojen ja uusien laitteiden kanssa tehtäviä kokeiluita valtavasti. Se on suunniteltu helposti muokattavaksi ja erilaisten laitteiden liittäminen on helppoa. RAZR:ssa on itsessään laaja liitäntäkirjo ja niitä pystyy edelleen laajentamaan lisäämällä erilaisia adapterikortteja.
Esimerkkinä Modbus-laitteet
Modbus (RS-232/485) on hyvin yleinen tapa lukea laitteiden rekisteritietoja. Tällaisten laitteiden liittämistä varten olemme tuotteistaneet valmiin yhteysmodulin, jonka avulla NB-IoT dataputken saa rakennettua nopeasti ja suoraviivaisesti. Riittää kun valitset halutut rekisterit ja niiden tiedot voidaan siirtää pilveen tietovarastoon käsiteltäviksi. Tämä lähestymistapa mahdollistaa nopean tavan päästä tutkimaan laitteista kertyvää dataa. Tämän tiedon pohjalta pystyt rakentamaan uusia palvelumalleja ja ennen kaikkea kokeilemaan ideoitasi yhdessä asiakkaiden kanssa.
Meidän tuotteitamme menee ulkomaille, miten NB-IoT toimii siellä?
Monet asiakkaamme valmistavat tuotteita joiden päämarkkinat ovat ulkomailla ja ratkaisujen pitää toimia myös siellä. NB-IoT ja sen nopeampi veli LTE-M perustuvat kansainvälisen 3GPP-organisaation standardiin. 3GPP on sama taho, joka on määritellyt mm. GSM, 3G ja 4G-standardit matkapuhelinpuolelle. Tämän vuoksi myös NB-ioT ja LTE-M ovat kansainvälisesti käytössä olevia teknologioita ja ne tulevat käyttöön samanlaisina eri puolilla maailmaa puhelinoperaattoreiden verkoissa.
Verkkojen rakentaminen on täydessä vauhdissa ja monessa maassa ne ovat jo käytössä. Suomessa tämä tarkoittaa kolmea koko maan kattavaa verkkoa (DNA, Elisa, Telia). Tämä on merkittävä ero muihin pitkän kantaman teknologioihin kuten Sigfox tai LoRa, joissa verkko on joko yhden toimijan hallussa, alueellisesti harva tai toimintamallit muuten kirjavia.
Puhelinoperaattoreiden järjestö GSMA:n pitää kirjaa avatuista verkoista ja uusimman tiedon mukaan tämän kirjoitushetkellä on avoinna jo 110 kaupallista verkkoa eri puolilla maailmaa. Voit tarkistaa uusimmat maakohtaiset tiedot täältä: https://www.gsma.com/iot/mobile-iot-commercial-launches/. Tilastosta näet samalla kummalla teknologialla eri operaattorit/maat ovat lähteneet liikkeelle. Suomessa operaattorit aloittivat NB-IoT-kulmalla ja LTE-M on parhaillaan testikäytössä.
Muutama sana roamingista
Eräs oleellinen seikka tuotteiden viemisessä kansainvälisille markkinoille on puhelin- ja dataliittymien roaming. Tämä on tuttua ulkomaanmatkoilta, kun puhelimesi menee automaattisesti paikallisen operaattorin verkkoon. Ja tänä päivänä puhelu- ja datahinnat ovat EU:ssa kotimaan tasolla.
Tätä vastaavaa toiminnallisuutta ei vielä ole NB-IoT ja LTE-M -verkoissa. Roaming-ominaisuutta ja niihin liittyviä kaupallisia sopimuksia rakennetaan parhaillaan, mutta tarkkaa aikataulua ainakaan minä en ole vielä nähnyt missään. Samaan aikaan verkko-operaattorit tekevät teknisiä käytännön testejä roamingin osalta. Näistä ensimmäinen tapahtui kesäkuussa 2018.
Mitä tämä tarkoittaa laitevalmistajille?
- Tällä hetkellä pystyt kehittämään mainiosti NB-IoT ratkaisuja, tekemään kokeiluja ja testaamaan niitä eri maissa ja oppimaan miten teknologiaa voi hyödyntää liiketoiminnassa.
- Voit ottaa NB-IoT -ratkaisun kaupalliseen käyttöön eri maissa, olettaen että laitteen ei tarvitse liikkua maiden tai operaattoreiden verkkojen välillä.
- Eri maihin tarvitset paikallisen operaattorin dataliittymän (SIM) ja tämä lisää alkuvaiheessa paperitöitä ja logistista taakkaa.
- Kun roaming tulee käyttöön, voit siirtyä yksinkertaisempaan malliin neuvottelemalla oman luotto-operaattorin kanssa roamingin sisältävän sopimuksen.
Tämän tilanteen näkisin näin: Onko teillä mahdollisuus odottaa vuosi-pari, ennen kuin lähdette kokeilemaan ja oppimaan uuden teknologian mahdollisuuksia vai onko tärkeämpää saada tämä prosessi liikkeelle jo nyt?
Miten NB-IoT -kokeiluista pääsee eteenpäin kohti kaupallista käyttöönottoa?
Kokeiluiden tärkein tehtävä on rakentaa yritykseenne osaamista ja ymmärrystä siitä, kuinka uusi ratkaisu tai palvelu pitää myydä asiakkaille, paljonko he ovat siitä valmiita maksamaan ja kuinka ratkaisu pitää speksata teknisessä mielessä.
Klassista PROTOILE-TESTAA-OPI -looppia kannattaa pyörittää niin kauan, että tiedät riittävän varmasti mitä kannattaa tehdä. On parempi tehdä emämunaukset kokeiluvaiheessa ja jättää ne pienemmät sitten varsinaiseen tuotteistukseen.
Kokeiluiden tuottama tieto tekee lopullisen ratkaisun suunnittelusta ja toteuttamisesta paljon helpompaa. Kun tiedetään tärkeimmät tavoitteet kuten target-hinnat, tärkeimmät ominaisuudet, haluttu käyttökokemus ja vaikkapa kohdemarkkinat, suunnittelutyö sujuu paremmin ja ratkaisu osuu maaliinsa.
Kerätyn tiedon perusteella voidaan määritellä tekninen arkkitehtuuri. Tyypillinen tutkimuskohde on selvittää, löytyykö markkinoilta valmis laite, joka täyttää ratkaisun vaatimukset vai kannattaako teille suunnitella oma fyysinen laite. Avainasemassa tässä päätöksessä on odotetut myyntimäärät, laitteelta vaadittavat ominaisuudet kuten sensorit tai vaikkapa erityislaatuinen kotelointi. Jos myyntimäärä on iso, on edullisempaa optimoida komponenttivalinnat ja muut ominaisuudet. UnSeen:illa on yli 20 vuoden kokemus tämäntyyppisten ratkaisujen suunnittelussa ja viemisessä markkinoille. Pystymme auttamaan varmasti näissä kysymyksissä.
Kokeiluissa käytettävä RAZR NB-IoT alusta on suunniteltu siten, että syntyneitä ratkaisuja ja ohjelmistoja on mahdollista hyödyntää lopullisen tuotteen kehittämisessä. RAZR arkkitehturi perustuu avoimiin standardoituihin rajapintoihin kuten LwM2M ja yleisesti saatavilla oleviin elektroniikkakomponenttehin ja kirjastoihin. Tämä lähestymistapa estää vendor lockit ja voit hyödyntää Mooren lakia käyttämällä eri valmistajien laitteita ja ohjelmistoja lopullisessa tuotteessa.
Tämmöisiä ajatuksia tällä kertaa. Lisää NB-IoT-taustaa löytyy tosiaan aikaisemmasta postauksestani. Ja jos teillä on mielessä NB-IoT hankkeet, ota yhteyttä. Pystymme varmasti auttamaan käytännön toteutuksen kanssa.
Hyvää kevättä!
Esa