SETTE SORPRESE SULLA NB-IOT Che è meglio

SETTE SORPRESE SULLA NB-IOT
Che è meglio conoscere
MeterLinq Whitepaper
Dicembre 2016
INTRODUZIONE
Tutti amano le belle sorprese: la festa di compleanno
che non ti aspettavi, i 20 euro trovati nella tasca dei
jeans, la visita improvvisata di un vecchio amico.
Ma la vita riserva anche brutte sorprese: gli importi nascosti in bolletta, la
foratura di un pneumatico, la rottura inaspettata di una relazione.
Molte sorprese non si possono evitare, altre sì.
Mentre alcune aziende e gruppi hanno lavorato per coniugare il bisogno
di connettività a lungo raggio (WAN) con le esigenze di bassa potenza, il
Third Generation Partnership Project, o 3GPP (un accordo di
collaborazione fra enti per standardizzare i sistemi di telecomunicazione
della LTE), ha prodotto una propria serie di soluzioni.
Una delle principali tecnologie LPWA di 3GPP è la NarrowBand IoT, o NBIoT (anche se ha diversi altri nomi, è quello usato più frequentemente
sulla stampa e le pubblicazioni).
Nell'ultimo anno, mentre venivano sviluppate le specifiche della NB-IoT,
sono state necessariamente fatte alcune ipotesi e diversi compromessi.
Analizziamo dunque alcune di queste scelte di progettazione e
vediamo come incidono sull’implementazione delle soluzioni IoT.
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SORPRESA N° 1: SOLO LA METÀ DEI MESSAGGI NB¬IOT
VENGONO RICONOSCIUTI
In primo luogo, va detto che il riconoscimento
del
messaggio
è
una
componente
fondamentale della vostra esperienza della
rete Internet esistente.
Comunemente conosciuto come "ACK", il
riconoscimento è un segnale che indica che il
messaggio è stato ricevuto con successo.
Nell’interazione tra persone, spesso lo
facciamo inconsciamente con interiezioni tipo
"Uh-huh" e annuendo con la testa.
Da progetto (si vedano le specifiche TR45.820
del 3GPP) la NB-IoT prevede il riconoscimento
solo del 50% dei messaggi gestiti con la
tecnologia wireless. Ciò è dovuto alla limitata
capacità di ricezione (downlink). Se ne
vengono riconosciuti di più, ciò andrà a scapito
della loro capacità, in modo molto più
consistente di quanto possano sostenere per
come sono progettati.
Il parcheggio intelligente di una città con un
sistema di comunicazione del genere diventa
improvvisamente molto meno intelligente e
meno utile. Oppure immaginate di non sapere
se sono stati ricevuti l’allarme o il segnale di
soccorso inviati dalle vostre applicazioni per la
sicurezza.
Quando solo alcuni messaggi vengono
riconosciuti (e non si sa quali) allora è come se
ciò avvenisse in modo casuale, è quasi come
non avere alcuna conferma.
Il succo della questione è che è necessario
sapere se i dati sono stati ricevuti, se sono
completi o se il dispositivo semplicemente non
funziona. Per sistemare un protocollo di
comunicazione
che
non
fornisce
il
riconoscimento,
è
necessario
fornire
manualmente una conferma o costruire un
secondo processo per completare i
riconoscimenti mancanti.
Che si tratti di un utente finale o di una
soluzione IoT progettata per lui, questo
significa che il problema è ancora lì, e la
"soluzione" wireless ha solo spostato il
problema, che va risolto in qualche altro
modo.
Impatto sulle prestazioni
Ciò limita notevolmente l’utilizzo della NB-IoT,
e delle altre tecnologie prive del 100% di
riconoscimento, in molti casi d’uso.
Immaginate di provare ad autorizzare un
pagamento con carta di credito, e di non
ottenere sempre una conferma o un riscontro.
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Molte applicazioni, come pagamenti, avvisi e
controlli, non sono possibili senza il 100% di
riconoscimento dei messaggi. Anche nelle
applicazioni più semplici i riconoscimenti
vanno comunque fatti in qualche fase del
processo di business.
SORPRESA n° 2: CONSISTENTI RITARDI DEI MESSAGGI
Un’altra sorpresa nascosta è il buffering dei
messaggi e dei dati in quella che viene
chiamata l’aggregazione dei pacchetti da
trasmettere che è, per usare un’analogia,
molto simile al lavoro di uno spedizioniere
tradizionale.
cellulare, per raggiungere una sufficiente
capacità.
Le imprese di spedizioni raccolgono i pacchetti
fino a quando un camion è pieno, e poi li
consegnano.
Le specifiche di 3GPP relative alla capacità si
basano sull’impacchettare le comunicazioni
periodiche in una singola trasmissione più
grande per poi inviarle insieme.
Questo porta la velocità di comunicazione
delle operazioni in un ambito che la tecnologia
cellulare riesce a gestire efficacemente, in
quanto la rete cellulare è costruita sulla dorsale
LTE, che viene utilizzata per trasferire
megabyte e gigabyte di dati, non solo byte.
Per le reti LTE tradizionali, la dimensione di un
tipico messaggio LPWA è inferiore all’errore di
arrotondamento; letteralmente, gli operatori
arrotondano al MB più vicino, mentre il tipico
messaggio IOT è di 33 bytes.
La tecnologia NB-IOT è un tentativo di
adattare una tecnologia ad alto throughput (la
quantità di dati trasmessi in una unità di
tempo) in una a basso. L’aggregazione dei
pacchetti in trasmissione, con i conseguenti
ritardi dei messaggi, è necessaria per la NBIoT, e le altre tecnologie LPWA con rete
.
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Questo
problema
potrebbe
avere
conseguenze sulla modalità di fatturazione di
una LPWA cellulare. Potrebbe venire resa più
costosa ai clienti per scoraggiare nelle
applicazioni le transazioni piccole ma
frequenti, proprio quelle che le LPWA
dovrebbero essere particolarmente adatte a
servire.
Impatto sulle prestazioni
Le applicazioni sensibili al fattore tempo sono
le più danneggiate. Gli avvisi, gli allarmi, i
pagamenti, la misurazione e altre applicazioni
sensibili alla latenza, richiedono una risposta in
tempo reale per essere fattibili concretamente.
SORPRESA N° 3: I VOSTRI DISPOSITIVI RESTANO
CITTADINI DI SECONDA CLASSE
Lo spettro licenziato è estremamente costoso.
Ogni chiamata, ogni app scaricata e gioco
online che facciamo richiede spettro, e questo
lo paghiamo pesantemente ogni mese nelle
nostre bollette.
che il traffico degli oggetti IOT permetta di
utilizzare il proprio spettro per il traffico
voce/dati quando richiesto.
Questo significa che per i dispositivi IOT la rete
può praticamente scomparire in qualsiasi
momento per dare la precedenza ai più
remunerativi servizi di voce/dati.
Il traffico IoT di “seconda classe” rispetto a
quello cellulare tradizionale, costituisce un
problema meno acuto, ma forse ancor più
costoso, a causa del rischio del tramonto delle
reti 2G.
Le trasmissioni IoT pagano molto meno per
utilizzare lo stesso spettro. Ma d’altra parte,
come
sperano
gli
Operatori
di
Telecomunicazioni, svilupperanno un volume
talmente grande di transazioni da riuscire a
generare ancora entrate consistenti.
Ma, questo mette le trasmissioni IoT in
contrasto e in concorrenza con il traffico
cellulare tradizionale, dato che la NB-IOT
utilizza la dorsale LTE e condivide lo stesso
spettro.
Poiché i consumatori sono disposti a pagare
molto la banda, gli Operatori hanno richiesto
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Poiché lo spettro è così prezioso, gli operatori
di telecomunicazioni giustamente lo riallocano
per scopi più redditizi. Questo è il motivo per
cui, da qui al 2021, gli operatori andranno a
dismettere le reti 2G, in modo che da potersi
rifare dei minori ricavi realizzati nello spettro
2G con la produzione di maggiori ricavi nel 4G.
La tecnologia cellulare viene sviluppata
tenendo in considerazione il traffico voce e
dati. Le generazioni cellulari sono in continuo
progresso, dal 2G al 3G al 4G al 5G.
Tuttavia, se sei un dispositivo IOT, l’abbandono
delle reti di vecchia generazione non ha senso
e, anzi, corri il rischio concreto di restare
incastrato. Ciò diventa particolarmente
costoso, per tutti quei dispositivi IoT che
hanno
bisogno
di
10-20
anni
di
funzionamento per ottenere un ROI adeguato.
SORPRESA n° 4: LA DURATA DELLA BATTERIA
I dispositivi connessi a reti LPWA, quelli che
anche le reti NB-IoT cercano di servire, sono
spesso alimentati a batteria. Le iniziali LP di
LPWA, sono infatti l'acronimo di "bassa
potenza". Dato che questi dispositivi costano
poco, non giustificano il costo di una
sostituzione frequente della batteria. E’ infatti
un lavoro che richiede manodopera e riduce il
ritorno sugli investimenti (ROI). Per questo una
durata della batteria di 10-20 o più anni è un
elemento indispensabile.
durata della batteria come un criterio di
prestazione fondamentale.
La durata della batteria è influenzata da molti
fattori in una tecnologia wireless. La rete, le
componenti radio e l'applicazione stessa, sono
tutti elementi correlati nella durata della
batteria di una applicazione completa.
Conoscere e capire la durata della batteria non
è così semplice come definire sulla carta una
tecnologia e fare quindi i calcoli del consumo
di energia.
Il consumo energetico non si conosce davvero
fino a quando un determinato sistema di
produzione e i relativi dispositivi non vengono
commercializzati e resi disponibili sul campo. Il
3GPP sta progettando i protocolli tenendo
presente il consumo di energia, ma è lontano
anni dal poter effettuare misurazioni reali su
un sistema commerciale e presenta problemi
di progettazione fondamentali per quanto
riguarda il consumo di energia che saranno
evidenti in futuro.
Una costante nelle tecnologie cellulari è che ci
sono sempre differenze tra prestazioni attese
in base alle specifiche e prestazioni riscontrate
nel mondo reale.
Questo richiede che i sistemi di produzione
siano in grado di apprendere, di adattarsi e
quando possibile anche di riprogettare.
Inoltre, è la prima volta che le tecnologie LPWA
cellulari, come la NB-IoT, si concentrano sulla
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Impatto sulle prestazioni
La durata effettiva della batteria resterà
sconosciuta fino a quando le reti cellulari
LPWA non saranno disponibili in commercio.
La frettolosità della NB-IOT lascia aperte
diverse questioni importanti, come la durata
della batteria e le prestazioni.
SORPRESA N° 5: TEMPI DI SVILUPPO E DISPONIBILITA’
Una cosa che può sorprendere molti è il fatto
che le sperimentazioni di una tecnologia non
indicano davvero che quella tecnologia sia
vicina ad essere commercializzata, come ad
esempio è successo con Nuel, poi acquisita da
Huawei.
Nonostante i fornitori e gli operatori di
telefonia cellulare sostengano che l’attivazione
servizio con la rete cellulare sia imminente,
questi sistemi sono ben lontani dall’essere una
reale offerta commerciale.
software di fatturazione integrati nelle reti.
Questo normalmente richiede due o tre
anni, e stando alle risposte, gli operatori
non ci hanno ancora nemmeno pensato. "
La ragione per l'intensa attività di Pubbliche
Relazioni e di marketing intorno a queste
sperimentazioni e alla presunta prossima
disponibilità della NB-IoT è semplice: stanno
perdendo quote di mercato rispetto alle
tecnologie LPWA già pronte e presenti sul
mercato.
Norme e specifiche di prestazioni minime
devono essere ancora concluse, silicio e nodi
devono
essere
industrializzati,
vanno
sviluppati programmi di certificazione e
devono essere costruiti gli ecosistemi.
Rispetto ai microchip e ai moduli dei fornitori
e degli operatori stessi, prendiamo alcune
citazioni da un articolo intitolato "NB-IoT e
l’Internet delle Biciclette e dei Labrador":
•
•
•
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I
produttori
di
microchip:
"L'accelerazione improvvisa e l'accento
sulla NB-IoT ha spiazzato la maggior parte
degli altri fornitori di silicio '"
i vendor di moduli: "La maggior parte
degli altri vendor con cui ho parlato non si
aspetta di spedire nulla prima della metà
del 2017. Tutti mi hanno detto che non
avevano previsto che le cose si muovessero
così in fretta e stanno ripensando le loro
tabelle di marcia. Ma portare queste cose
online richiede tempo. In genere, almeno
un anno".
Gli operatori: "Il problema è che questi
cambiamenti hanno bisogno di nuovi
Per 3GPP e per gli operatori è importante
sembrare pronti per non perdere clienti.
Impatto sulle prestazioni
A dispetto del marketing e delle PR, la NB-IOT
non sarà pronta prima di un paio di anni,
poiché la tecnologia e l'ecosistema devono
ancora superare una serie di fasi di sviluppo. La
corsa per completare la NB-IoT prima che le
tecnologie LPWA concorrenti ottengano una
posizione dominante lascia senza verifica e
senza risposta delle importanti questioni di
prestazioni.
SORPRESA N° 6: FRAMMENTAZIONE
Una delle più grandi sorprese per chi considera
la NB-IoT è l'estrema frammentazione:



tra le varie tecnologie LPWA
tra le varie regioni del mondo
e anche tra i diversi operatori.
Diversi standard relativi alla connettività LPWA
stanno venendo fuori in rapida successione, a
6 mesi di distanza uno dall'altro, compresi ECGSM, LTE-M, e NB-IoT, e con il 5G IOT in fase
iniziale di discussione.
Non tutti gli operatori supporteranno tutte le
tecnologie. Alcuni supporteranno la LTE-M, ma
non la NB-IoT, e viceversa. Alcuni forniranno la
EC-GSM e non le varianti LTE.
Non tutte le tecnologie saranno supportate
dagli ecosistemi. Ad esempio, CAT-0, uno
standard IOT di 3GPP, fortemente spinto solo
2 anni fa ora è già morto. Ironia della sorte, gli
organismi di normazione che dovrebbero
fornire stabilità e unità, stanno in realtà
aumentando la frammentazione.
Inoltre, la regionalizzazione dovuta alla
frammentazione dello spettro e ai limiti dei
servizi degli operatori, rende molto complesso
il quadro per applicazioni IOT che possono
funzionare senza soluzione di continuità a
livello globale. E’ difficile infatti supportare
applicazioni di monitoraggio a livello
mondiale, in termini di costo-efficacia e di
continuità quando ogni regione richiede
differenti bande di frequenza e differenti
operatori.
La semplicità è un fattore critico per i
dispositivi IoT. Provate ad immaginare di
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integrare un modulo di comunicazione
economico in un apparecchio di una qualsiasi
fabbrica nel mondo, e di poter disporre in
modo semplice, onnipresente e immediato
della connettività in qualsiasi altra parte del
mondo! Questa visione non è certamente
realizzabile con un approccio alla LPWA
cellulare di NB-IoT, LTE-M, o EC-GSM.
Citando l’articolo “3GPP ha perso la sua
strada”:
"... Una delle principali ragioni che ha fatto
vincere il GSM nelle guerre tecnologica del 2G
è stata la sua disponibilità a livello mondiale in
sole quattro bande ... lo spettro licenziato per
la telefonia cellulare è ormai sparso dai
600Mhz a quasi 4 GHz. La LTE ha più di 40
frequenze che hanno bisogno di essere
supportate, causando [anche] ai produttori di
smartphone grandi mal di testa (e costi) nella
produzione e gestione dei dispositivi specifici
per ogni regione.
... I costruttori OEM dovranno di nuovo
sostenere il costo, la gestione dei dispositivi a
livello regionale o, eventualmente, nazionale.
Anche in questo caso, si perde efficienza e
scalabilità".
Impatto sulle prestazioni
La frammentazione a livello geografico, di
tecnologie e di operatori, blocca lo sviluppo
delle applicazioni su scala globale, riduce le
dimensioni del mercato e aumenta i costi
connessi alla regionalizzazione.
SORPRESA N° 7: NESSUN AGGIORNAMENTO DEL
FIRMWARE IN BACKGROUND
Gli aggiornamenti del firmware sono uno di
quegli aspetti noiosi ma fondamentali nei
dispositivi mobili e IOT. Il firmware è un
semplice software del dispositivo e i suoi
aggiornamenti consentono al produttore di
migliorare l’efficienza del dispositivo così
come di correggere eventuali errori.
Ancora più importante, essi consentono di fare
gli aggiornamenti per correggere falle nella
sicurezza e potenziali vulnerabilità. Per questo,
essere in grado di aggiornare il firmware è una
caratteristica essenziale. Da dieci a venti anni è
un tempo troppo lungo per fare affidamento
su un firmware installato in fabbrica.
Questo è un altro ambito in cui quelli delle reti
cellulari avevano aspettative troppo basse.
Il 3GPP ha stimato infatti che per gli
aggiornamenti del firmware sono necessari da
200 a 2000 byte di dati.
Nel servizio clienti degli ultimi anni, abbiamo
scoperto che anche i 2000 byte per un
aggiornamento del firmware sono pochi.
Tuttavia, a causa di questa ipotesi, la NB-IOT
non offre la possibilità di fare aggiornamenti
del firmware in background.
Impatto sulle prestazioni
La mancanza di aggiornamenti del firmware in
background danneggia l’utilizzatore due volte.
In primo luogo, perché l'utente dovrà
interrompere il normale esercizio, per scaricare
un aggiornamento del firmware. In secondo
luogo perché l'aggiornamento del firmware in
realtà sarà molto più lungo di quanto il 3GPP
aveva previsto.
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CONCLUSIONI
Questi
problemi
della
tecnologia
NB-IOT
probabilmente non saranno gli unici: a causa della
fretta di far uscire le specifiche a tempo di record, ci
potranno essere altre spiacevoli sorprese una volta
introdotta nel mondo reale.
RPMA, connettività IOT che funziona.
La tecnologia RPMA ha richiesto oltre 300 anni-uomo di sviluppo, conta 32
brevetti e sta effettivamente servendo dei clienti dal 2011. Quest’anno sono
più di cinque anni di effettivo funzionamento e di prestazioni dimostrate in
condizioni reali.
La RPMA è una tecnologia collaudata e non riserva nessuna delle brutte
sorprese che attendono il 3GPP e chi sceglie la tecnologia NB-IoT.
La RPMA riconosce ogni singolo messaggio e non ha bisogno di aggregare
pacchetti di trasmissione. Il messaggio viene inviato singolarmente dal
dispositivo. La RPMA è progettata esclusivamente per le macchine e
MeterLinq va bene quando i vostri dispositivi funzionano bene.
MeterLinq ha sviluppato applicazioni funzionanti in condizioni
operative estreme con durate previste della batteria di 20 anni. Ma
siamo già pronti, in questo momento.
Abbiamo l'unica tecnologia LPWAN che funziona in tutto il mondo, in
ogni singolo paese, con una sola configurazione radio. Questa semplicità
offre ai clienti un accesso immediato al mercato globale e facilita la
possibilità di scalare il business.
Siamo anche l'unica tecnologia LPWA che permette gli aggiornamenti in
background del firmware, in modo che gli aggiornamenti critici arrivino
quando serve, senza interrompere funzionalità e operazioni critiche.
Credits: WP tratto dall’originale “7 NB-IOT Surprises” è di Ingenu, che ha sviluppato la tecnologia
RPMA di cui MeterLinq è licenziataria in esclusiva per l’Italia
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