Vývoj internetu věcí v ČR
Již od prvních řešení založených na mobilních datech GPRS hledali vývojáři a výrobci cestu, jak získat čidla a senzory s co nejnižší spotřebou elektrické energie. Dlouho se však na trhu nic nedělo a energetickou bilanci tak musely řešit větší baterie nebo připojení na palubní sítě. Tisíce automobilů, které po návratu majitelů z delší dovolené nebylo možné nastartovat, však ukazovaly, že to není optimální cesta. Zároveň pro mnoho dalších způsobů využití, např. pro dálkové odečty z vodoměrů a plynoměrů, zůstávala tato technologie kvůli chybějícímu přístupu k elektrické energii nedostupná. Odborníci, vývojáři ani uživatelé ale ve své snaze o hledání řešení, která by snížila náklady na provoz, naštěstí nepolevovali a výsledkem jejich dlouhodobých aktivit se nakonec stal Internet of Things (IoT) neboli internet věcí.
Bouřlivých pět let vývoje
Na jaře roku 2014 v České republice, v oddělení technologických služeb společnosti IBM, vznikla snaha uplatnit v praxi výsledky vývoje výzkumného centra IBM v Curychu v oblasti LowPower sítí a vybudovat tak první Low Power WAN. K vybudování LowPower sítě na platformě LoRa Alliance, jejímž je IBM zakládajícím členem, ovšem na základě lokální iniciativy bohužel nedošlo. Karel Krčmář, který vedl oddělení technologických služeb IBM a s myšlenkou české LowPower WAN sítě přišel, se proto rozhodl IBM opustit a síť vybudovat vlastními silami. Nejprve bylo nutné najít společnost, která poskytne vysílače. Po jednáních s mobilními operátory nakonec došlo k dohodě s T-Mobile, který poskytl své vysílače pro umístění základnových stanic technologie Sigfox. Ve stejné době se rozhodla vybudovat LowPower síť LoRaWan na svých vysílačích také společnost České radiokomunikace. Klíčovým rokem nadšeného a rychlého budování sítí pro IoT se tak stal rok 2016.
V mezidobí zároveň probíhala jednání zaštítěná 3GPP – organizací zajišťující standardizaci pro mobilní operátory – o IoT řešení pro mobilní sítě. Výsledkem bylo dosažení dohody a prezentace Release 13, základního kamene pro sítě NB-IoT a LTE-M, v červnu 2016. Na tuto situaci velmi rychle zareagoval Vodafone a již v roce 2017 dosáhl nejlepšího pokrytí ze všech IoT sítí v ČR. Tím, že své základnové stanice umístil na zhruba 10x více vysílačů, než využívají sítě LoRa a Sigfox, mohl nabídnout své služby i uvnitř budov či v podzemí (takzvaný indoor a deep indoor coverage). Typickým příkladem využití jsou odečty vodoměrů v šachtách, s kterými mají LoRa a Sigfox velký problém. Komerčně začal Vodafone nabízet své služby k testování v polovině roku 2018. Svou NB-IoT síť provozuje v Praze a středních Čechách také T-Mobile, zatím ji však veřejně nenabízí a slouží jen k testování.
Dnes tedy máme v ČR všechny tři hlavní LowPower WAN technologie. Česká republika tak stojí na špici v oblasti nasazování špičkových mobilních technologií v celosvětovém měřítku. Česká síť Sigfox byla dlouhodobě v TOP10 na světě a tuzemská síť NB-IoT je spolu se sítí v Holandsku stále výkladní skříní této technologie, co se pokrytí týče. Alternativní síť LoRa si může postavit v podstatě kdokoli – mezi zajímavé projekty patří např. počin města Plzně (iot.plzen.eu), Starnet (www.starnet.cz/iot) nebo mezinárodní The Things Network (thethingsnetwork.org) dostupný i u nás.
Výhody a nevýhody jednotlivých LP IoT sítí
Dá se říci, že všechny současné IoT sítě jsou vhodné k přenosu malého objemu dat a koncová zařízení mohou pracovat řádově roky bez nutnosti dobíjení nebo výměny baterií. Základní rozdíl mezi sítěmi LoRa, Sigfox a NB-IoT je v objemu dat, která mohou čidla vysílat a přijímat. Technologie LoRa a Sigfox pracují na veřejné frekvenci 868 MHz, NB-IoT na frekvencích spektra LTE, které má Vodafone zakoupené a nejsou nikomu jinému k dispozici. Veřejná licence limituje zařízení v sítích LoRa a Sigfox objemem a počtem přenesených dat, kdežto NB-IoT zařízení tento limit nemají a záleží tak pouze na mobilním operátorovi, zda nějaký limit nastaví. Dá se tedy říci, že zařízení NB-IoT mohou vždy pracovat ve stejném režimu jako zařízení LoRa nebo Sigfox, naopak to však neplatí. Z tohoto srovnání tedy vychází jednoznačně nejlépe sítě NB-IoT.
Dalším důležitým aspektem je otázka bezpečnosti. Klíčové je využití licencovaného pásma, což znamená, že zařízení nebudou rušena dálkovými ovladači, hobby vysílačkami a jinými zařízeními, která volnou frekvenci 868 MHz využívají stejně jako sítě LoRa nebo Sigfox. Tuto možnost nabízí opět pouze zařízení v síti NB-IoT. Otázku bezpečnosti veřejně dostupného frekvenčního pásma 868 MHz lze ovšem relativně spolehlivě ošetřit alespoň v malém lokálním rozsahu, z tohoto pohledu je tedy vhodná i síť LoRa pokrývající např. větší výrobní závod, vhodná pro takováto lokální nasazení.
Častým argumentem pro volbu technologie LoRa pro výstavbu vlastní sítě je možnost plné kontroly nad infrastrukturou od základnových stanic po síťový server a řízení celé síťové infrastruktury. Sítě NB-IoT a Sigfox jsou čistě WAN a není tedy možné si vybudovat vlastní síť jen pro svou firmu či město. Zákazník se tedy v sítích NB-IoT a Sigfox svěřuje do rukou operátora, což na jednu stranu znamená, že nad sítí nemá takovou kontrolu, jako když si ji v případě LoRa vybuduje sám, na druhou stranu ovšem neřeší náklady na zajištění provozu a nepřetržitou dostupnost sítě. A jen náklady na polovinu pracovního času člověka, který se o dohled nad sítí stará, jsou výrazně vyšší než náklady na roční provoz tisíců placených čidel.
Roaming a dostupnost v zahraničí
Z hlediska roamingu koncových zařízení v současnosti hrají prim řešení Sigfox. Tím, že celou infrastrukturu kontroluje na svém backendu, je nativní roaming zařízení Sigfox jejich největší výhodou oproti konkurenci. Samozřejmě je otázkou kvalita pokrytí v jednotlivých zemích, neboť zde je její úroveň zcela v rukou lokálních partnerů a i některé země v Evropě, jako například Rakousko, Švýcarsko nebo části Německa, stále pokryté nejsou. Platí však, že když už se zařízení nachází na území pokrytém signálem Sigfox, funguje kdekoli na světě.
LoRa má částečné řešení problému roamingu např. v podobě zmíněné The Things Network. Tato síť vzájemně propojených základnových stanic provozovaných účastníky projektu ovšem nemůže poskytnout žádnou garanci dostupnosti služeb.
NB-IoT sítě v oblasti roamingu zatím „pronásledují“ Sigfox, neboť své NB-IoT sítě si operátoři staví bez vzájemného propojení a propojené jsou v některých případech jen sítě se stejným logem operátora. V dohledné budoucnosti ale očekáváme dohodu mezi mobilními operátory a standardem se stane plnohodnotný roaming, tak jak jej známe z mobilního volání a mobilních dat. Tak jako nemáme problém zavolat si svým mobilem kdekoli na světě, nebude ani pro NB-IoT zařízení problém fungovat odkudkoli na světě.
Zařízení pro LowPower IoT sítě
Z hlediska počtu aktivních zařízení zcela jasně vede síť NB-IoT. Těchto zařízení je v provozu násobně více než zařízení využívajících obou zbývajících technologií dohromady. Je to dáno zejména masivním rozvojem této technologie v Číně, kde sice pokrytí nedosahuje parametrů běžných u nás, ale díky velikosti trhu jsou NB-IoT zařízení nasazována masově. Druhou v pořadí je technologie LoRa, u níž je také zřejmý vliv asijských výrobců a jejich schopnosti vyrábět za velmi nízkou cenu. LoRa je často preferována uživateli, kteří si chtějí svá zařízení postavit sami a co nejlevněji, a tak je pro ně tato cesta první volbou. Sigfox je sice nejméně rozšířený, ale zase se může pochlubit největším množstvím certifikovaných výrobců. Aby mohla zařízení využívat síť Sigfox, musí být totiž certifikována a Sigfox se tak přirozeně snaží, aby takto certifikovaných zařízení bylo na trhu co nejvíce.
V České republice působí mnoho vývojářů, kteří dokáží navrhnout a vyrobit zařízení pro všechny typy IoT sítí. Slouží jim k tomu i různé development kity výrobců komunikačních modulů a mikrokontrolerů. V této oblasti má Česká republika další světové prvenství, neboť u nás navržený a vyráběný prototypovací modul pro sítě NB-IoT PGBoard (www.m2mc.cz/pgboard/) umožňuje ve spolupráci se sítí Vodafone vytvoření prototypu IoT zařízení v řádu dnů a nikoli měsíců, jak bylo dosud běžné. Díky tomu lze podstatně snáze vyvinout a dodat na trh koncová zařízení pro měření spotřeby vody, plynu a energie, pro varování před úniky vody, detekci kouře v případě požáru, nejrůznější senzory pro detekci změny teploty a vlhkosti využívané v zemědělství (např. cleverfarm.cz) nebo senzory pro sledování polohy balíků, palet, transportních obalů, kontejnerů nebo návěsů či vagónů.
Kreativní člověk si v zásadě může vymyslet takřka jakékoli využití IoT sítí a být si jistý, že potřebné zařízení a příslušné sítě jsou nebo brzy budou k dispozici – nebo si zařízení sám navrhne. Zařízení pro IoT komunikují dlouho, bez potřeby připojení na elektrickou síť a náklady na jejich pořízení a spravování jsou velmi nízké. Co víc si přát?
Autor: Karel Krčmář
