В данной статье проводится анализ возможных причин сложившейся ситуации, а также приводится способ решения проблем, приведших к этому.
Также, как и многие, мы поддались очарованию концепции интернета вещей. В частности LoRa. Лишь спустя некоторое время, потратив изрядное количество времени и ресурсов, проявились некоторые недостатки сложившейся парадигмы реализации и внедрения решений на базе беспроводного интерфейса LoRa. Скорее всего, этими недостатками обладают и аналогичные технологии.
В целом, беспроводные сети LPWAN связи повторяют парадигму развертывания беспроводных сетей, сложившейся у операторов сотовой связи, а именно: развертывание сети базовых станций на собственных либо арендованных башнях. Такой подход является оправданным в случае, когда критически важно обеспечить сплошное покрытие связью всей территории города без слепых пятен, поскольку абоненты сотовой связи постоянно перемещаются по городу. От этого напрямую зависит качество сервиса. Если абонента не устраивает качество мобильной связи и скорость интернет-соединения у данного оператора, то он просто подключается к другому оператору. В итоге, операторы сотовой связи идут на сплошное ковровое покрытие агломерационных кластеров густой сетью базовых станций не считаясь с затратами на развертывание новых станций и их дальнейшее содержание. Широкое повсеместное распространение мобильной связи среди населения дают операторам основания полагать, что сеть в любом случае будет прибыльна. К тому же, беспроводной интернет трафик стабильно растет, отвоевывая долю рынка у провайдеров домашнего интернета.
Многие операторы LPWAN сетей (LoRaWAN в частности), пошедшие по этому же пути (ковровое покрытие мегаполисов) попали в ловушку, в расчете на то, что количество вводимых в эксплуатацию конечных устройств будет быстро расти. Оптимистичные прогнозы о том, что ежегодный прирост будет носить экспоненциальный характер не оправдались. Практика показала, что прирост хоть и имеет место быть, но он не настолько бурный, как ожидалось. В итоге, операторы сталкиваются с тем, что развернутая в масштабах страны сеть практически не загружена. Т.е. простаивает, генерируя убытки.
Встает вопрос о снижении издержек на эксплуатацию. В первую очередь прекращается бездумная экспансия на новые регионы и населенные пункты. Предпринимаются попытки совместного использования одних и тех же базовых станций группой операторов. Происходит переход к очаговому внедрению новых сегментов сети только на тех территориях, где ожидается внедрение новых массивов конечных устройств. Например, при внедрении умных счетчиков воды/электроэнергии/тепла/газа в отдельно взятом жилом комлексе новостроек, базовая станция устанавливается на крыше какой-либо одной многоэтажки, чтобы избежать необходимости арендных платежей как это было бы в случае монтажа станции на башню.
Такой подход позволяет существенно снижать издержки при развертывании сети. И действительно, счетчики, единожды установленные, в процессе эксплуатации уже никуда не перемещаются. Соответственно нет необходимости обеспечения сплошного покрытия. А поскольку, наиболее удачное внедрение LoRaWAN сетей на данный момент наблюдается именно в сфере ЖКХ, то мы можем смело утверждать, о том, что очагового внедрения связи достаточно, если оператор LPWAN-связи хочет найти компромисс между скоростью роста сети и сдерживанием расходов на ее содержание, балансируя на грани окупаемости в худшем случае, а в лучшем случае, выходя на окупаемость и извление прибыли с первых же дней эксплуатации сети.
Существуют ли другие спсобы снижения стоимости развертывания LoRaWAN-сети? Поскольку ЖКХ является самым активно развивающимся направлением внедрения LPWAN-решений, далее по тексту мы сконцентрируемся именно на данной сфере.
Давайте рассмотрим типичный жилой комплекс.
Застройщики, стремясь максимизировать прибыль, строят мах количество квадратных метров жилой площади на минимальной площади черты города. Достигается это за счет повышения этажности новостроек и повышения плотности застройки. Такой подход находит поддержку администрации, поскольку снижается протяженность коммунальных и транспортных коммуникаций, т.е. снижаются издержки при обеспечении жизнедеятельности города.
Исходя из этого, если речь идет о внедрении LPWAN решения в отдельно взятом жилом комплексе (неважно новостройка это или вторичный комплекс), напрашивается идея размещения БС не на крыше одного из зданий а в точке, геометрической равноудаленности от всех зданий, которые предстоит оборудовать конечными устройствами LoRaWAN. Если речь идет о ЖК, построенном в форме кольца с внутренним двором, то размещение БС прямо по центру двора дает возможность получить расстояние от БС до любого из конечных устройств в пределах 100-200 метров! При этом большая часть пространства будет открытой!
Обратите внимание на одноэтажные здания, помеченные красными стрелками. Это трансформаторные станции 0.4 кВ. Их можно встретить практически у любого многоэтажного жилого здания. Размещение БС на крышах данных станций (либо внутри) позволят добиться следующего:
- снизить стоимость монтажа БС. Например в случае разработки типового электронного модуля на базе микросхем SX1301 и SX1257, реализующего функционал БС LoRaWAN, который бы просто вставлялся в трехфазный счетчик или цеплялся на фазу.
- снизить стоимость самой БС за счет отказа от дорогостоящей антенны, поскольку потребность в ней отпадет при расстоянии от БС до конечных устройств. Расстояния в несколько сотен метров доступных даже Bluetooth Low Energy, работающем на частоте 2.4 ГГц.
- добиться масштабируемости решения, поскольку отпадает необходимость договариваться о каждом монтаже с владельцем здания, выбранного для монтажа БС. Достаточно лишь один раз достигнуть договоренности с филиалом МРСК на данной территории о процедуре внедрения электронного модуля (БС LoRaWAN) в трансформаторную подстанцию (ТП), расположенную вблизи объекта внедрения (жилого здания). Коробочное решение.
Другими объектами инфраструктуры могут выступить стены и подъездные двери многоэтажек. Камеры наружного наблюдения, домофоны, пропускные системы на парковках со встроенной БС LoRaWAN также могут снизить стоимость монтажа БС и расходы на ее содержание обеспечивая при этом широкий угол приема сигнала с конечных устройств LoRaWAN, размещенных в зданиях напротив и расстояние до них не более 100 метров.
Полноценная базовая станция LoRaWAN стоит порядка 20 000 рублей. В добавок к ней приходится докупать качественную антенну стоимостью 4000 рублей. Даже если базовая станция монтируется не на башне, а на крыше здания, то монтаж обходится в сумму от 15 000 рублей. Электронный модуль LoRaWAN, встраиваемый в камеру наружного наблюдения либо домофон будет стоить дешевле полноценной БС. Расстояние в 100-200 метров до конечных устройств позволяет обойтись дешевой антенной стоимостью 100 рублей вместо 4000. Монтаж камеры наружного наблюдения/домофона обходится в 1500 рублей.
Таким образом, мы склонны считать, что применение интегрируемых сетей LoRaWAN, когда базовые станции интегрируются в существующую инфраструктуру города (устройства, применяющиеся в городах), позволит резко снизить стоимость развертывания частной сети LoRaWAN, расходы на ее содержание. Ускорится процесс внедрения решений на базе данной технологии за счет того, что развертывание собственной сети LoRaWAN станет доступно маленьким компаниям с гораздо мЕньшим располагаемым бюджетом без необходимости содержать планово убыточную сеть.
Возможно, более наглядно наша идея описывается в данном видео:
