Aplicações de IoT e as Tecnologias LPWA

Setembro 2016Mauro T. Fukuda

Rural e Meio Ambiente Industria Cidades Casa Corpo

Controle de IrrigaçãoSensoriamento do Meio Ambiente

Rastreio de AnimaisDetecção de Terremoto

Detecção de Incêndio FlorestaisMonitoração de Avalanche,

Inundação, CataclismosMonitoração de Poluição

Status de EquipamentosControle de Produção

SmartGridSmartMetering: Utilities

Controle IluminaçãoCâmera de Segurança

Logística Controle de Frota

Controle de ContainersConnected Cars

SmartCitySensores de TráfegoIluminação Pública

Controle de InfraestruturaLimpeza Urbana

Segurança PúblicaOtdoor Publicidade

ATM/Vending MachinesEstacionamento

Mobiilidade UrbanaEventos Públicos

Transporte Monitoração de Tempestades e

CataclismosMonitoração de Poluição

Connected Cars

Casa InteligenteGerência de Consumo (luz, água,

gás)Controle de Iluminação

Controle de Mídia e SonorizaçãoSmatGrid

SmartMetering: UtilitiesDetector de Fumaça/Incêndio

Sistemas de SegurançaCâmera de Segurança

ClimatizaçãoRastreio de Crianças e Animais

Domésticos

Dispositivos MédicosSmart Glasses

Smart WatchesSmart Trackers

Sensores Corporais

IOT : Infinitas possibilidades de aplicações

Segundo Tim Hottges da Deutsche Telekom: “Na Internet das Coisas, tudo o que pode ser conectado, será conectado".

IoT: Aplicações Rurais e para Meio Ambiente

Controle de níveis de umidade do solo, previsão do tempo e uso de pesticidas.

Rastreamento de Animais. Controle de desmatamento: dispositivospara combate ao desmatamento ilegal. Sistemas para detecção de

movimentos do solo

Controle de inundações, movimento da água e

contaminantes

Proteção e monitoração da vida selvagem

IoT: Aplicações para a Indústria e Comércio

Monitoração p/ Reparo e Qualidade: Sensoresinstalados dentro dos produtos monitoram ofuncionamento e enviam automaticamenterelatórios para proprietários.

Máquinas Automáticas de Venda Sensores sem fio embutidos dentro de estruturas civis para monitoração da qualidade

e integridade de uma estrutura.

Monitoração da qualidade de produção através da utilização de

sensores para analisar os processos de fabricação com base em suas

características físicas.

Controle e Gestão de Frota de Veículos Rastreamento Logístico

IoT: Aplicações para Cidades

Lixeiras InteligentesControle de vagas de estacionamento

Bueiro conectado com sensores volumétrico

Áudio Vigilância

Monitoração Poluição

Monitoração e Segurança

IoT: Aplicações para Cidades

Iluminação de Rua Sensores de Inundação

Smart Grid Sensores Meteorológicos

Sinalização e Outdoor

SmartMetering

IoT: Aplicações para Casa

Automação e Segurança ResidencialTags de Rastreamento Fechaduras Inteligentes

Detectores de Monóxido de Carbono, Fumaçae Gás Sensores de Consumo

Espelhos Conectados

IoT: Aplicações para cozinha conectada

Panelas Conectadas

Talheres InteligentesCopos Inteligentes

Geladeira Conectada

Bandejas ConectadasRecipientes Inteligentes

IoT: Aplicações para o corpo conectado

Medidores Conectados

Relógios Inteligentes Sensores de MovimentoÒculos Inteligentes

Meia ConectadaEscova de Dentes Conectada

IoT : Aplicações para o Carro Conectado

Fonte: CSC World, Atos

Crescimento exponencial do iot

Todas as projeções para o crescimento da indústria de comunicações entre máquinas (M2M) e Internet das Coisas (IoT) apontam para um crescimento exponencial, alca nçando na próxima década algumas dezenas de bilhões de objetos conectados.

Até 2025 o mercado IoT será predominantemente de apl icações fixas e de curto alcance (como relógios int eligentes, fones de ouvido, dispositivos associados aos smartp hones).

A Machina Research prevê que o número de conexões ser á de 25 bilhões para estes tipos de dispositivos fi xos e de curto alcance, contra 2 e 3 bilhões para celular e LPWA (Low Power Wide Area) respectivamente.

O total do mercado mundial de IoT e M2M, para todo e cossistema: serviços, equipamentos, dispositivos et c., é estimado em torno de alguns trilhões de dólares até o final desta década. O GSMA projeta o total de op ortunidades para as operadoras um valor superior a 1 trilhão de USD em 2020.

Fonte: Nokia/Machina Research 2015

Número de Dispositivos em Bilhões

Fonte: GSMA Connect Living Mobilizando a Internet das Coisas 2016

Oportunidade para as Operadoras IoT e M2M

Elementos funcionais do iot

Aplicações IoT

Conectividade

Sensores e Atuadores

Conectividade

Fonte: Postscapes

LPWA (Low Power Wide Area)

Longa duração da bateriaManutenção: Ao contrário dos Smartphones, os dispositivos IoT devem operar sem recarga por um longo período;

Custo: O intervalo de recarga é fator de custo muito importante;

Requisito: A indústria prevê como requisito 10 anos de operação da abateria para simples atividade de pequenos pages;

Dispositivo de Baixo CustoA conexão IoT servirão para usuários de baixo ARPU com 10 vezes menores que banda larga móvel;

O requisito para indústria é do custo do módulo menor que de 5 USD.

Baixo custo de implantaçãoDa mesma forma os custos de CapEx inicial e OpEx devem ser mínimos;

Reutilização de infraestrutura : Rede móvel (utiliza a rede existente) vs LoRa (overlay)

Funcionalidades de gerência centralizada , massiva e SON são imperativas;

CoberturaCobertura é fundamental para as aplicações da Internet das coisas. Entre os exemplos são: medidores inteligentes, que são muitas vezes: dentro de edifícios; atrás de paredes de concreto etc. As aplicações industriais, tais como elevadores ou esteiras de transporte também pode ser de difícil alcance.

A meta para IoT para dedução de link budget é de 15-20 dB em relação à banda larga móvel.

Isto é alcançado do modulações mais robustas

Suporte a um número massivo de dispositivosEm 2025 haverá sete bilhões de dispositivos conectados através de redes da Internet das coisas através da rede móvel. Este é equivalente ao número atual de assinaturas de celulares globais.

A densidade de dispositivos conectados podem não ser uniforme e na maioria das vezes concentrada numa única célula. Portanto, a conectividade LPWA IoT precisa ser capaz de lidar com muitos dispositivos conectados simultaneamente.

15-20 dB

Tecnologias LPWA

SigFox LoRA LTE-M: Rel.12/13 LTE-M: NB-LTE

O que é

Utiliza a tecnologia UNB (Ultra Narrow

Band). Esta tecnologia é chave para

prover escala, alta-capacidade com

baixo consumo de energia, utilizando a

rede móvel para agregação..

Utiliza a tecnologia de espectro

espalhado com modulação FSK com

baixa taxa de transmissão que pode varia

de 0,3 a 50 kbps dependendo da

codificação adaptativa.

Utiliza o mesmo padrão do LTE e foi

introduzida no Release 12 do 3GPP.

Novas categorias de baixa velocidade

(Categoria 0,1,M) estão sendo

padronizadas, reduzindo a taxa máxima

para 1 Mbps no UL e DL.

Introduzida no Rel. 13 do 3GPP com

uma que utiliza 1 PRB (200 kHz) no DL.

No UL, o distanciamento das

subportadoras é modificado para 2.5

kHz.

Disponib. Hoje Hoje 2016 2016

Alcance < 13 km (160 dB) <11 km (157 dB) <11 km (156 dB) < 15 km (164 dB)

Taxa < 1 kbps (100bps/600bps) <10 kbps < 1 Mbps < 150 kbps

Vida da Bateria

> 10 anos > 10 anos > 10 anos > 10 anos

EspectroNão licenciado: Ex.900 MHz (100

Hz)

Não licenciado: Ex.900 MHz (500

kHz)Bandas do 3GPP (1.4 MHz) Bandas do 3GPP (200 kHz)

Ecossist. SIGFOX e parceirosSemtech; Microchip’s; Actitivity

(ThingPark)Sierra Wireless, Seqans, Qualcomm Ainda em roadmap

Pontos Fortes

Programa de parceria com a

possibilidade de trazer a demanda dos

atuais clientes globais da SIGFOX;

Padrão aberto suportado pela LoRa

Alliance (http://lora-alliance.org/ );

Aproveita a rede LTE para a

comunicação M2M;

Flexibilidade em utilizar todas as bandas

do LTE: licenciadas e não licenciadas;

Redução de complexidade em 15%;

Low Power: PSM (Power Saving Mode);

Wide-Area:Concentrada num único PRB

com ganho de 15-20 dB no link budget;

Pontos de Atenção

Apesar da iniciativa de padrão aberto,

hoje a solução da SIGFOX é

proprietária.

Cobertura em implementação no

Brasil.

Utiliza frequência não licenciada => baixa

barreira de entrada;

Ecossistema incipiente.

Padronizado recentemente, com

ecossistema

ainda incipiente.

Padronizado recentemente, com

ecossistema ainda incipiente

LTE-M

Tecnologias 3GPP:Hoje o número de dispositivos conectados baseados na tecnologia do 3GPP alcança mais de 7 bilhões;

Estas tecnologias (2G+3G+4G) cobrem mais de 90% da população do globo em mais de 200 países;

LTE:O 4G (LTE) é a rede baseada nas tecnologias do 3GPP que mais cresceu desde o seu lançamento. Após 5 anos de sua primeira implantação são mais de 440 redes em 147 países.

Atualmente no mundo o número de usuários já é maior que 1 bilhão, cujo crescimento é em torno de 145% e no Brasil acima de 300%;

Flexibilidade:Pode-se utilizar mais de 40 esquemas de banda de frequência incluindo: bandas licenciadas, não licenciadas, TDD e FDD em larguras de bandas distintas;

Sinergia:O LTE-M não é um overlay de rede: a exceção de plataformas necessárias ao serviço de IoT, os elementos e rede são os mesmos da banda larga móvel;

Pode-se combinar a rede LTE diferentes requisitos das verticais da Internet das Coisas como LPWA (utilizando o LTE-M) e outras aplicações (com dispositivos LTE convencionais);

22%

43%

58%

73%81%

86% 86%

0% 2%11%

26%

44%

56%63%

2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020

3G 4G

Cobertura Global de Banda Larga Móvel

Fonte: GSMA - The Mobile Economy 2015

17 47144

256335

442

11

2362

97

118

147

2010 2011 2012 2013 2014 2015

Redes Países

Número de Redes e Países com suporte ao LTE

Fonte: GSMA - The Mobile Economy 2015

LTE-M

A rede LTE permite a coexistência das mais diversas aplicações de IoT por suportar diferentes requisitos: desde aqueles do LPWA com o LTE-M, até outros de maior necessidade de conectividade

como o Connected Cars

MobilidadeComunicação Inciada pelo

ServidorQualidade de Serviço Sinalização Latência

Sincronização de Mídia

Câmeras de Monitoração

Health Monitoring

Manutenção Remota

Gerenciamento de Frota

Rastreio

Mobile Payment

Volume de Dados

Medidores de Energia

Pedágio

eCall

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Comentários Finais

�Estima-se que o IoT trará para a próxima década algumas dezenas de bilhões de objetos conectados , para um mercado total de US$ 4-5 trilhões .

� Nem todas as aplicações necessitarão de mobilidade plena e a grande maioria dos objetos conectados serão fixos (em torno de 70%).

�

O M2M/IoT não só são objetos conectados, eles permitem a automação de diversos processos produtivos e suas c adeias de valor , trazendo: precisão, prontidão e disponibilidade de informações até então inexistentes. Ou seja, trazem benefícios econômicos e bem estar para as pessoas e a sociedade como um todo .

�

As verticais de M2M/IoT são diversas e possuem diferentes requisitos de rede . Hoje existem diversas tecnologias para o atendimento a estes requisitos, que podem ser agrupadas por: Fixas (ou cabeadas); Short Range (BlueTooth, ZIgBee, ZWave etc.); Celular (2G, 3G, 4G/LTE, 5G); LPWA (SigFox, LoRa, LTE-M, 5G).

�Com a finalização do Padrão Release 13 do 3GPP o LTE-M já terá como fazer frente às já consagradas soluções como o SigFox e o LoRa . Com o NB-IoT (Cat.NB1) se espera um custo compatível com os dispositivos LoRa e SigFox.

�Com o LTE-M, o LTE passa a ser a única tecnologia de acesso que atende aos mais dive rsos requisitos das verticais de M2M : m-health; connected cars; smartgrid; etc.

Obrigado