IoT technologie: Sigfox (4/5) | eMan

IoT technologie: Sigfox (4/5)

V předchozích dílech našeho seriálu jsme si představili dvě technologie, které fungují zcela nezávisle na operátorech. Takže budete-li dostatečně odvážní, můžete na nich svá skvělá řešení provozovat bez toho, abyste někoho živili pravidelnými poplatky. Zcela opačným případem je Sigfox, o kterém si něco řekneme dnes.

Jak telco operátoři zaspali dobu

Historie Sigfoxu není stará zatím skoro ani dekádu. V roce 2009, kdy telekomunikační operátoři začali chápat, že sítě druhé generace jsou minulostí, vznikla ve Francii společnost, jejímž cílem nebylo nic menšího než světová nadvláda v oblasti transportu dat pro Internet věcí (IoT) – konceptu z osmdesátek, o kterém se ale začalo seriózně mluvit až po přelomu tisíciletí.

Po roce 2000 se pro super pomalé přenosy malých množství dat využíval WAP, který dnes už nenajdete pomalu ani ve slovníku a o pár let později ho nahradilo GPRS. Bylo sice poměrně levné (alespoň pro operátory), ale trpělo celou řadou různých nevýhod, například velmi nepredikovatelně garantovanými přenosy. Kromě toho byly sítě druhé generace pomalu nahrazovány sítěmi generace třetí a na obzoru byla generace čtvrtá. Telco operátoři vycítili obrovskou poptávku po rychlých přenosech velkých objemů dat a mobilního videa, ale při nasazování nových technologií jako byly EDGE a HSDPA jakoby zapomněli na implementaci náhrady za GPRS. Měli možná pocit, že zákazníci 3.5G a 4G sítí budou ochotni platit přemrštěné ceny za datové přenosy a smíří se s velkou spotřebou tehdy dostupných modemů. No, ukázalo se, že zákazníci přeci jen nejsou tak naivní.

 

Počátky sítě Sigfox

Naštěstí pro zákazníky se na přelomu let 2009 a 2010 dali dohromady dva muži. Startupový mazák Ludovic Le Moan a Christophe Fourtet, tehdy vysoce postavený manažer společnosti Freescale (není náhodou, že měla v portfoliu i telekomunikační řešení). Zatímco Ludovic měl podnikatelský talent, Christophe byl svou náturou embedded vývojář. Dalo by se říct, že to byla tehdy ideální kombinace pro mezinárodní úspěch.

Poměrně rychle vyvinuli jednoduchý, energeticky úsporný komunikační protokol pro bezlicenční pásmo (868/915 MHz), který se dá použít s levnými standardními čipy na docela slušnou vzdálenost, typicky 5–10 km v rovinatějších nezastavěných oblastech.

O pár let později na něm odstartovala síť Sigfox ve Francii a za další tři roky byla dostupná už v pěti zemích. Ve stejném roce (2015) poslali investoři Sigfoxu rekordních 110 milionů eur na globální expanzi. Francouzi dokázali s těmito penězi do konce téhož roku vyrazit do USA, na Střední východ a do Afriky. V dalším roce pak do Asie a Latinské Ameriky. Dnes je Sigfox dostupný v 60 zemích světa a do dalších se postupně dostává.

 

Pokrytí

Samozřejmě, když mluvíme o dostupnosti sítě, znamená to prakticky, že v daném regionu je k dispozici alespoň jedna základnová stanice sítě Sigfox. 😉 I dnes, o deset let (a stovky milionů utracených eur) později, je totiž stále velký rozdíl mezi tím, co říká oficiální mapa pokrytí a jaká je realita pro běžného uživatele.

Alespoň nějak pokryta je dnes značná část Země. Najdete ale „ostrůvky”, které nejsou pokryté vůbec. Jednoduše proto, že síť Sigfox je budována pomocí operátorů, kteří se zatím v některých zemích nenašli. Řekli byste, že to asi budou nějaké okrajové, méně rozvinuté státy s minimem obyvatel, jako třeba  Rumunsko nebo Venezuela, že? Tak se na to podívejme. Síť se teprve dostává do Norska, Švédska, Finska, Rakouska, Švýcarska, úplně bez pokrytí jsou třeba Řecko, Polsko, Kanada, Rusko a Čína. Koneckonců, lepší obrázek si můžete udělat sami (mapa pokrytí).

„Hahá, Česko je pokryté, paráda!” řekli byste si možná. Ale ouha, pokryté jsou velké aglomerace, podstatné transportní uzly, slušně jsou pokryté dálnice a velké přepravní koridory. Ale zkuste někdy Sigfox v horách nebo na vesnici! Nebo raději ne, ať nejste zbytečně zklamaní.

 

Základní topologie

Síť Sigfox je budována pomocí základnových stanic (BTS) v topologii hvězdy, podobně jako třeba LoRaWAN. BTS rozmisťuje společnost Simplecell​​ Networks​​, která dnes operuje u nás, na Slovensku a v několika dalších zemích. Své BTS u nás staví ve spolupráci s operátorem T-Mobile na již existujících stožárech, což vytváří poměrně zajímavé spojenectví jak technické, tak obchodní. Pořád jim to ale jde dost pomalu, protože síť BTS musí být poměrně hustá, aby se dalo hovořit o opravdu funkčním pokrytí.

Zajímavé na topologii Sigfoxu, a vlastně celém principu fungování, je poskytování cloudových služeb, které jsou integrální součástí sítě. Zákazník se nedostává k datům tak, že by mu je přeposlala internetem základnová stanice, ale dostává se k nim až o něco později. Data totiž z BTS putují do Sigfox cloudu, který je uskladní a případně přepošle. Uskladněná data lze považovat za dostatečně dobře zabezpečená a je možné si je vyzvedávat pomocí neustále se zlepšujícího API.

Komunikace opačným směrem se také děje prostřednictvím Sigfox cloudu. Svá data mu předáte a cloud se postará o jejich doručení, až bude zařízení na příjmu.

Pomocí administračního rozhraní (které svým stylem připomíná weby z konce devadesátek a stejně dobře se s ním i pracuje) a neustále se lepšícího robustního API lze také konfigurovat zakoupené tarify i přidělovat uživatelská oprávnění a tokeny (což jsou v podstatě oprávnění pro jednotlivá zařízení, která jim umožňují být v síti nějak aktivní). Lze zjistit, kdy bylo zařízení naposledy aktivní, uživatel si může projít log jednotlivých vysílání a může také spravovat najednou celé skupiny zařízení.

Obrovskou výhodou tohoto přístupu je rychlost adaptace Sigfoxu pro nové uživatele. Všechno si naklikáte, nemusíte budovat vlastní backend, nemusíte se starat absolutně o žádnou část infrastruktury a data ze zařízení si můžete nechat přeposlat třeba do AWS, Azure nebo do IBM Watson cloudu nebo jiné služby, kde si třeba jednoduše naklikáte přeposlání do SMS.

 

Technologie a její dostupnost

Stejně jako IQRF nebo LoRa, patří Sigfox mezi sítě, které vysílají v bezlicenčním pásmu. Jeho princip už jsme si vysvětlili, takže pro pořádek zopakujme pouze fakt, že v něm můžete využít pouze jedno procento času, tedy 36 sekund z každé hodiny.

Pro vysílání se v síti Sigfox využívá tzv. ultra úzké pásmo. Při přenosu zabírá zpráva pouze 100 Hz z celkové šířky pásma. Díky tomu je síť velmi odolná vůči rušení a je možné přijmout i zprávy blízké hladině šumu. Daní za to je rychlost nebo – řekněme si to otevřeně – spíše pomalost vysílání.

Zprávy na downlinku (ze zařízení) mají v Sigfoxu délku 12 bajtů, na uplinku (k zařízení) je to jen 8 bajtů. Možná si řeknete, že to je málo, ale nenechte se zmást, najde se celá řada skutečně inovativních přístupů a zařízení, kterým to stačí.

Včetně hlavičky trvá celá komunikace na downlinku jednoho paketu 6 sekund. Pozorný čtenář odvodí, že to znamená až šest vysílání za hodinu. Což už je třeba na předávání aktuální polohy (ta se do 12 bajtů pohodlně vejde) docela solidní a na předávání třeba teploty nebo jiné stavové informace je to už za hranicí opulentního luxusu.

Pomocí chytrého, nestydím se říct, zprasení původního návrhu a kreativní práce s firmwarem Sigfox modemů, můžete vysílat třeba i 1 bajt, síť si s tím poradí (vyzkoušeno za vás). Protože ale pořád máte na protokolu nějaký balast navíc, nestačí to na vysílání každých 30 sekund, ale jenom zhruba desetkrát za hodinu. Zkušený čtenář odvodí, že to asi tak docela nepomáhá neproniknutelnosti šifrování, které je na vysílání použito.

Protože každý paket se v síti Sigfox vysílá 3× (pokaždé na trošku jiné frekvenci), aby bylo lépe zaručeno jeho doručení, můžete si říct, že budete odvážní a při dobrém pokrytí ho odvysíláte pouze jednou. A tradá, najednou už vysíláte každé dvě minuty! Pomocí dalších triků se lze dostat i na minutu, ale spolehlivost přenosů tím zrovna nestoupne. Je tedy na každém, kdo bude se Sigfoxem někdy koketovat, jak odvážný bude.

 

Sledování polohy

Když jsem mluvil o předávání polohy, myslel jsem tu, kterou si získáte z GPS sami. Použitím GPS se ale dostanete z kategorie superúsporná zařízení, která vydrží na tužkovou baterku roky do skupiny poněkud nemotorná zařízení, ke kterým je lepší si pořídit vlastní, dobře zálohovaný zdroj napájení. Však si někdy zkuste zapnout sledování polohy na telefonu a uvidíme, jak dlouho vám jeho baterka vydrží. 😉

Naštěstí, tím jak se síť Sigfox rozšiřuje, stoupá pravděpodobnost, že může být váš paket zachycen více základnovými stanicemi a pomocí celé řady rafinovaných algoritmů určena poloha vašeho zařízení. Přesnost určení polohy touto cestou není nikterak kulervoucí, například v Praze to jsou běžně desítky, místy i stovky metrů, mimo Prahu pak nezřídka kilometry. Pro celou řadu aplikací to ale může velmi pohodlně stačit.

 

Ceny

Až sem to znělo docela dobře, ne? Pokud jste v nějaké velké aglomeraci a chcete si vyrobit IoT teploměr či vlhkoměr, Sigfox se zdá ideální. Stejně tak pro chytré elektroměry, vodoměry a různou další telemetrii. Taktéž pro sledování pohybu zboží nebo pro výrobu záplavového či kouřového čidla. Nebo třeba pro čidlo do schránky, které vám řekne, že ji máte jít vybrat, když dostane další nevyžádanou poštu nebo účet za popelnice. 😉

Ceník Sigfoxu je rozdělen horizontálně podle počtu odeslaných zpráv za den. Pokud odesíláte dvě zprávy denně a nepotřebujete žádnou přijmout, i při malém počtu zařízení je cena až neuvěřitelně nízká. Jedno zařízení vás vyjde měsíčně na méně než 7 korun. V nejhorším případě, chcete-li odvysílat svých 140 zpráv za den a maximálně 4 zprávy denně přijmout, dostanete se na necelé dvě stovky za rok. Platí se pochopitelně předem.

 

Budoucnost Sigfoxu

Až se pokrytí dostane na rozumnou úroveň i mimo města, může být při těchto cenách Sigfox docela slušně použitelný v opravdu mocné škále aplikací. Pokud do té doby přežije v podobě, jakou známe dnes. Budování celé sítě totiž spolykalo už bezmála půl miliardy dolarů a investoři budou jednoho dne chtít svoje peníze zpět.

Protože dnes telco operátoři tlačí LTE Cat M1 a NB-IoT (o němž si řekneme zase příště), kterými demonstrují, že se probrali z téměř deset let dlouhého zimního spánku, nemá Sigfox lehkou pozici. Bude muset jít s cenami dolů a přitom musí vydržet budovat další základnové stanice, udržet v chodu svůj cloud, živit prodejní a administrativní síly a pokusit se investovat do dalšího marketingu, který přitáhne kritickou masu (v řádu stovek milionů připojených zařízení).

Zatímco u LoRaWAN nebo IQRF nejsou vývojáři zařízení závislí prakticky na nikom, garance, že někdo bude provozovat Sigfox ještě za pět nebo deset let, tu jednoduše není. Takže pokud jde o Sigfox zařízení za pár stovek, osobně bych si ho klidně koupil, ale nic dražšího by se mi už nezdálo racionální. Stejně tak bych se obával investice do vývoje zařízení, které nejsem schopen začít jednoduše vyrábět s LoRa modulem nebo NB-IoT modemem místo Sigfoxu.

Mnoho výrobců také zkouší vyrábět komunikační moduly vybavené Sigfoxem a nějakou další technologií, přičemž se dostávájí s cenami pod pět dolarů za kus (při nehorázných objemech samozřejmě). Tady je pochopitelně výhoda Sigfoxu v tom, že výroba není vázána na jednoho dodavatele, jako je tomu u LoRaWAN, kde drží práva Semtech. Zatím se ale neukazuje, že by vývojáři brali tyto moduly jako samozřejmost. Kombinovat totiž třeba NB-IoT a Sigfox znamená dvě různé antény, smlouvu se dvěma poskytovateli a backendovou infrastrukturu musíte vybudovat stejně, takže se do toho nikdo nehrne. Nechme se tedy překvapit jestli přijde v krátké době nějaký impuls, který opět posune Sigfox na výsluní.

 

Všechny články série:

IoT technologie: LPWAN, IQRF, LoRa, Sigfox, NB-IoT a jiná podivná slova (1/5)

IoT technologie: IQRF (2/5)

IoT technologie: LoRa a LoRaWAN (3/5)

IoT technologie: Sigfox (4/5)

IoT technologie: Do budoucnosti s operátory (5/5)

Jiří Pech
Jiří Pech
CTO
Jirka v eManu od roku 2016 řídil SA tým, od října 2018 u nás působí jako CTO. Předtím si prošel manažerskými pozicemi v nadnárodních korporátech, založil a provozoval samoobslužný e-shop a vybudoval z nuly zelenou firmu s obratem asi 100 milionů ročně. Zásadně je o dva až tři kroky před svou dobou.

EMAN EUROPE

eMan s.r.o.
U Pergamenky 1145/12
170 00 Praha 7
Česká republika

Zobrazit na mapě

+420 222 202 222
info@eman.cz

EMAN NORTH AMERICA

eMan Solutions LLC
The Cannon Houston
1334 Brittmoore Rd
Houston, TX 77043
United States of America
Zobrazit na mapě

+1 (346) 232 2867
hello@emanglobal.com