Hlavní navigace

SIGFOX: Internet věcí bez internetu a jen pro některé věci

Jiří Peterka 22. 5. 2015

Technologie SIGFOX, kterou zkouší český T-Mobile, může být ještě jednodušší a levnější než SMSky. Hodí se třeba pro sběr dat z nejrůznějších senzorů.

Už včera jste se zde na Lupě mohli dočíst o tom, že český T-Mobile (spolu s partnery, konkrétně Blue Cell Networks a SIGFOX) přichází s „novou sítí pro Internet věcí“ (viz i tisková zpráva). Ta by mohla fungovat jakoby paralelně s jeho dosavadní mobilní sítí (resp. sítěmi 2G/3G/LTE) a sloužit specifickým potřebám některých zařízení v rámci tzv. Internetu věcí (IoT, Internet of Things).

K samotnému včerejšímu oznámení si dovolím dodat, že v tuto chvíli zřejmě ještě nepadlo definitivní rozhodnutí (o vybudování takovéto sítě). Mělo by se jednat o testování nové technologie (v rámci pilotního provozu), doprovázené hledáním zájemců o její využití (proto také „raná medializace“). Teprve poté by mělo padnout finální rozhodnutí o tom, zda vybudovat novou síť s celoplošným pokrytím ČR, či nikoli:

Po zhodnocení výsledků pilotu se T-Mobile, Blue Cell Networks a SIGFOX rozhodnou, zda sítí pokryjí celé území ČR. První výsledky testování operátor a jeho partneři oznámí během letních prázdnin, kdy také předvedou jednotlivé aplikace naživo.

Pojďme nyní již ke konkrétnějším aspektům. Začněme tím, proč vůbec někdo – a to právě mobilní operátor – uvažuje o budování nějaké zcela nové sítě,  s celoplošným pokrytím.

Není věc jako věc

Popisovat čtenářům Lupy koncept Internetu věcí by určitě bylo, jako kdy bychom nosili dříví do lesa. Snad ale neuškodí si zdůraznit, že ani Internet věcí není nic homogenního – ale že existují „různé věci“, které mají také různé potřeby.

Rozdílnost jejich potřeb se může týkat různých aspektů: některé „věci“ (pro jednoduchost si jim dovolím říkat spíše „zařízení“) mohou chtít „být skutečně na Internetu“: mít svou vlastní IP adresu, být adresovatelné  a dostupné „z vnějšku“, mít plnohodnotnou (a obousměrnou) konektivitu atd. Jiným může stačit „spojení se světem“ jen na úrovni messagingu (posílání zpráv). Někdy dokonce i jen jedním směrem.

Nebo jiné rozlišení: některá zařízení mohou chtít komunikovat častěji a přenášet data relativně větších objemů, zatímco jiným bude stačit tu a tam přenést jen pár bytů. Třeba nějakému senzoru může bohatě stačit odeslat jen jediné číslo za den. Jinému i ještě méně: pouhou jednobitovou informaci „jsem ještě naživu“, či „během mého fungování se nic zvláštního nestalo“.

To jiná zařízení mohou mít největší problém s energií: pokud musí být živa jen z baterie a potřebují zůstat naživu třeba celé dlouhé roky (bez nutnosti servisního zásahu, nutného k výměně baterie), pak musí opravdu extrémně šetřit svůj energetický výdej. Naopak zařízení, která mohou být napájena ze sítě, se takto uskrovňovat nemusí.

Nehledě již na rozdílnost konstrukčních požadavků, nákladů na implementaci, či třeba dosah komunikace, latenci (zpoždění) atd. Rozdíly ale mohou být i ekonomické: chod a fungování některých zařízení (věcí) se může vyplatit i při relativně vyšších měsíčních tarifech. To u jiných jejich provoz může dávat ekonomický smysl jen tehdy, pokud se náklady pohybují opravdu nízko – třeba v řádu (několika málo) jednotek dolarů za rok.

Závěr z toho všeho je ten, že potřebám „Internetu věcí“ nepůjde vyhovět jediným řešením komunikačního charakteru. Dnešní mobilní sítě (2G/3G/LTE) jistě dokáží uspokojit mnohé, ale ne všechny potřeby. Nehodí se například pro zařízení (věci), která potřebují opravdu extrémně šetřit energií. A stejně tak se moc nehodí tam, kde je potřeba srazit provozní (ale i výrobní) náklady opravdu velmi nízko.

Proto také vznikají různá technologická řešení, která se snaží vyhovět dalším specifickým potřebám. Příkladem může být právě technologie firmy SIGFOX, která své řešení představila již v roce 2012. Předpokládá existenci „své vlastní“ sítě s plošným pokrytím, která je optimalizovaná právě na extrémně nízkou spotřebu energie na straně koncových zařízení. Proto je také toto řešení obecně zahrnováno mezi sítě LPWAN (Low Power WAN). A v rámci této kategorie patří do „užší škatulky“ řešení, která se vydala cestou využívání velmi úzkých frekvenčních kanálů: UNB (Ultra Narrow Band).

Už z označení LPWAN (a hlavně: WAN) vyplývá, že jde o řešení „na větší vzdálenosti“, i s větším pokrytím. Jde tedy o něco principiálně jiného, než jsou technologie jako Bluetooth, ZigBee a podobné, určené pro sítě z kategorie PAN (Personal Area Network) – s dosahem v jednotkách metrů. SIGFOX má smysl srovnávat spíše s technologiemi GSM či CDMA, které se nasazují v celoplošných mobilních sítích. Ostatně, i SIGFOX má podporovat obdobnou mobilitu koncových zařízení.

Proti mobilním operátorům, nebo s nimi?

Technologie SIGFOX pochopitelně není jediným možným řešením svého druhu. Ani nejde o jediný možný přístup k tomu, jak – po technologické stránce – vyjít vstříc potřebám mnoha a mnoha zařízení s velmi omezenou energií i financemi na svůj provoz, která ale potřebují komunikovat i na dosti velkou dálku.

Hlavními konkurenty technologie SIGFOX jsou třeba technologie LoRa (za kterou stojí celá aliance firem), Weightless nebo Symphony.

Každá z těchto technologií se ale musí nějak „prosadit“, a k tomu potřebuje vybudovat a provozovat celoplošnou síť. A zde musí učinit velmi zásadní rozhodnutí: půjde nějak proti tradičním mobilním operátorům, s již vybudovanými (tradičními) mobilními sítěmi, a bude se jim snažit nějak konkurovat? Nebo se s nimi spojí a dodá jim technologii, zatímco samotnou (novou) síť postaví a bude provozovat tradiční mobilní operátor?

Jak již tušíte ze včerejšího oznámení, francouzská firma SIGFOX se i se svou technologií vydala cestou spolupráce s tradičními mobilními operátory. Nikoli doma ve Francii, kde si takovou celoplošnou síť postavila a provozuje sama – ale v zahraničí. I v ČR, kde spolupracuje s T-Mobile – ale zřejmě půjde o možnou budoucí spolupráci s celým mateřským Deutsche Telekom-em, který se zatím testuje zde v ČR.

O zvoleném přístupu svědčí i to, že firma SIGFOX nedávno získala další financování ve výši 115 milionů USD. A to společně od několika firem, včetně operátorů jako je Telefónica, SK Telecom a NTT Docomo.

Využíváno je bezlicenční pásmo

Pojďme nyní již k tomu, jak technologie firmy SIGFOX funguje. Jedním z jejích charakteristických rysů je to, že využívá bezlicenční pásmo: v Evropě jde o pásmo 868 MHz, zatímco v USA jde o pásmo 902 MHz.

To souvisí s potřebou opravdu významně minimalizovat náklady (viz výše, na několik málo dolarů ročně): pokud by bylo využíváno pásmo licenční, za které se platí konkrétní poplatky, musela by si na ně síť vydělat, a její služby by musely být adekvátně dražší.

Dovolím si tento důležitý aspekt ještě jednou zdůraznit: ekonomický model sítě pro SIGFOX staví na tom, že nemá žádné náklady s používáním nezbytných frekvencí. Pokud by je měl, nejspíše by celý koncept neměl smysl. 

Minimalistická komunikace

S využitím uvedeného frekvenčního pásma, spolu s požadavky na opravdu extrémní šetření energií, souvisí i určitá „minimálnost“ chování koncových zařízení i rozsahu komunikace: přenáší se jen velmi malé objemy dat – konkrétně bloky (zprávy) o velikosti 12 bytů – a to jen „jednou za čas“: jedno koncové zařízení by za jeden den nemělo přenést více jak 140 takovýchto (12bytových) bloků dat. To by se dalo přirovnat k cca 10 SMS zprávám za den.

K tomu je vhodné si dodat, že technologie SIGFOX je „spíše pro odesílání“. Podle dostupných informací a srovnání byla zpočátku zřejmě pouze jednosměrná (jen pro odesílání „do sítě“), a teprve relativně nedávno (a podle médií i v tichosti) se stala obousměrnou.

Jenže není obousměrnost jako obousměrnost: má-li koncové zařízení opravdu velmi šetřit energií, nemůže si dovolit být na příjmu příliš často. Třeba konkurenční technologie LoRa má tři různé režimy pro příjem: třída A znamená, že zařízení si samo vybírá, kdy chce poslouchat (typicky jen krátce poté, co samo něco odešle, aby mohlo přijmout potvrzení či reakci). Třída B znamená, že zařízení se pravidelně „probouzí“ na krátké časové úseky a v nich poslouchá. Pouze třída C znamená, že zařízení je na příjmu (poslouchá) trvale. Spotřeba energie je přitom zdaleka největší (zatímco u třídy A je naopak nejmenší).

Technologie SIGFOX zřejmě funguje (na příjmu) obdobně jako třída A technologie LoRa. Takže je možné do zařízení něco odeslat (a co skutečně bude přijato) – ale kdy se tak stane, záleží na rozhodnutí samotného zařízení, které se musí samo probudit.

Výhodou, která z toho vyplývá, je skutečně velmi nízká spotřeba koncových zařízení: na jednu baterii prý dokáží fungovat až několik let. Třeba i deset, nebo dokonce dvanáct.

Konektivita, struktura zprávy, …

Pokud jde o další vlastnosti celého výsledného řešení: připomeňme si, že zde rozhodně nejde o poskytnutí IP konektivity do Internetu – ale pouze o možnost zasílání zpráv (messaging): jde o ony bloky v rozsahu 12 bytů. Ty nemají (z pohledu SIGFOX) žádnou vnitřní strukturu, a je jen na odesílateli a příjemci, co a jak si do prostoru o velikosti 12 bytů vloží a jak to budou na druhé straně interpretovat.

Ona “druhá strana“ přijímá (a případně i odesílá) 12bytové bloky jakoby „z cloudu“, který vytváří provozovatel sítě: dostává se k nim skrze příslušné rozhraní (API) z nějaké své aplikace nebo systému.

Příkladem (a nejspíše i jakýmsi „proof of concept“) může být zařízení Sens’it, vybavené třemi senzory (teploty, zvuku a pohybu): když zaznamená nějakou změnu, odešle o tom informaci do sítě. No a „z druhé strany“ lze tyto změny číst pomocí mobilní aplikace (ve smartphone), která se k nim dostává prostřednictvím příslušného API (podrobněji).

dostupných informací vyplývá, že samotný přenos dat je určitým způsobem zabezpečen, ale detaily mi nejsou známy.

Adresování zařízení

Pokud jde o adresování: nepoužívají se IP adresy (když nejde o IP konektivitu), ani žádné SIM karty. Jednotlivá koncová zařízení jsou prý identifikována interními identifikátory, které si lze představit jako jakási sériová čísla. Samotné zařízení, resp. jeho modul s podporou SIGFOX (příklad), je prý vybaveno certifikátem s takovýmto identifikátorem, kterým se zařízení identifikuje.

Podle odpovědi na mou otázku na včerejší tiskové konferenci prý takovýto způsob adresování nijak principiálně neomezuje počet zařízení, která síť může obsluhovat. Reálným omezením (pro základnové stanice) jsou zřejmě až podmínky všeobecného oprávnění, které určitým způsobem (skrze tzv. klíčovací poměr) ovlivňují to, jak dlouho smí stanice aktivně vysílat – čímž je shora omezen i počet zpráv (12bytových bloků), které mohou přes základnovou stanici projít.

Jak by vypadala síť pro SIGFOX?

Samotná síť pro technologii SIGFOX je budována na buňkovém principu: má své základnové stanice a buňky, které pokrývají určité oblasti. Jejich velikost pochopitelně záleží na více faktorech, ale obecně mohou být větší než buňky GSM – především díky tomu, že samotný přenos je velmi pomalý (jen 100 bit/s). To mj. znamená, že oněch 12 bytů užitečných dat (plus určitá režie) se přenáší přes 2 sekundy (podrobněji).

Celoplošná síť pro SIGFOX je podle následujícího obrázku již vybudována ve Francii, Španělsku a v UK. Třeba ve Francii má mít na 1000 základnových stanic, a její vybudování (podle tohoto zdroje) samotnou společností SIGFOX prý přišlo na 4 miliony USD. Což má být 100× levnější, než obdobná síť na bázi GSM/CDMA (obdobná zřejmě ve smyslu obdobného pokrytí).

Již zhruba před rokem tato síť (ve Francii) obsluhovala na 5 milionů zařízení, s tím, že každé z nich za používání sítě platí roční paušál – pro aktivace „ve velkém“ prý takovýto paušál přijde jen na cca 1 USD (ročně). Přitom cena implementace technologie SIGFOX do koncových zařízení (čip atd.) přijde na cca 5 dolarů.

Podle odhadu, který zazněl na včerejší tiskové konferenci, by obdobná síť s plošným pokrytím ČR mohla vystačit se 400 až 500 základnovými stanicemi. A pokud by se T-Mobile skutečně rozhodl (po úspěšném pilotním testování) takovouto síť vybudovat, nejspíše by to pro něj nebylo až tak drahé: stožáry již má, a jen by na některé z nich musel nainstalovat další novou technologii. Napojení na páteřní části své sítě (backhaul) by kvůli tomu nejspíše posilovat nemusel, vzhledem k celkově velmi malým datovým tokům.

K čemu je to dobré?

Výše popsané jednoznačně předurčuje, k čemu se technologie SIGFOX hodí a k čemu ne: má smysl jen tam, kde se přenáší jen velmi málo dat, a to „jen občas“. Například pro různé „sběry“ malých objemů dat z všelijakých čidel a senzorů.

Jako příklad byly na včerejší tiskové konferenci uváděny požární hydranty ve Francii: ty mají v sobě zabudovánu podporu technologie SIGFOX, a každý den hlásí tlak vody (který nesmí klesnout pod určitou hranici). Díky lithiové baterii prý vydrží fungovat až 10 let.

Jiným příkladem mají být inteligentní systémy parkování, kde každé parkovací místo aktivně hlásí, zda je či není obsazeno (resp. že u něj došlo ke změně). SIGFOX se chlubí implementací údajně největšího takového systému v Moskvě, s 11 000 senzory.

Další oblastí, kde technologie a síť SIGFOX nachází využití, je zabezpečení objektů – kde je v případě potřeby nutné odeslat určitou zprávu. Zde se řešení SIGFOX ujalo například ve Španělsku.

WT100

Další velkou oblastí může být nejrůznější telemetrie: například odečty vodoměrů, plynoměrů a podobných měřidel, která jednou za čas sama odešlou informaci o svém stavu. Podobně pro všelijaké senzory, snímající například teplotu, vlhkost apod.

Ale ani tím nejsou možnosti využití technologie SIGFOX zdaleka vyčerpány.

Našli jste v článku chybu?
Lupa.cz: Poučný příběh jednoho rozšíření pro Chrome

Poučný příběh jednoho rozšíření pro Chrome

Podnikatel.cz: Udělali jsme velkou chybu, napsal Čupr

Udělali jsme velkou chybu, napsal Čupr

Vitalia.cz: Tesco nabízí desítky tun jídla zdarma

Tesco nabízí desítky tun jídla zdarma

DigiZone.cz: RRTV: licence pro Šlágr TV

RRTV: licence pro Šlágr TV

Podnikatel.cz: Letáky? Lidi zuří, ale ony stále fungují

Letáky? Lidi zuří, ale ony stále fungují

Podnikatel.cz: Babišovi se nedá věřit, stěžovali si hospodští

Babišovi se nedá věřit, stěžovali si hospodští

Vitalia.cz: dTest odhalil ten nejlepší kečup

dTest odhalil ten nejlepší kečup

120na80.cz: Hrbatá prsa aneb mýty o implantátech

Hrbatá prsa aneb mýty o implantátech

DigiZone.cz: Nova opět stahuje „milionáře“

Nova opět stahuje „milionáře“

DigiZone.cz: Samsung EVO-S: novinka pro Skylink

Samsung EVO-S: novinka pro Skylink

Lupa.cz: Bude Google platit médiím za použití článků?

Bude Google platit médiím za použití článků?

Vitalia.cz: Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

120na80.cz: Co je padesátkrát sladší než cukr?

Co je padesátkrát sladší než cukr?

Podnikatel.cz: Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

Vitalia.cz: Antibakteriální mýdla nepomáhají, spíš škodí

Antibakteriální mýdla nepomáhají, spíš škodí

Vitalia.cz: Inspekce našla nelegální sklad v SAPĚ. Zase

Inspekce našla nelegální sklad v SAPĚ. Zase

Lupa.cz: Blíží se konec Wi-Fi sítí bez hesla?

Blíží se konec Wi-Fi sítí bez hesla?

Vitalia.cz: 7 příčin neplodnosti u žen: pravda a mýty

7 příčin neplodnosti u žen: pravda a mýty

Vitalia.cz: Test dětských svačinek: Tyhle ne!

Test dětských svačinek: Tyhle ne!

120na80.cz: Galerie: Čínští policisté testují českou minerálku

Galerie: Čínští policisté testují českou minerálku