When it comes to creating a smart space, the large number of devices spread across a wide area combined with the need for all these devices to transmit data makes communication a major area of concern.While there are many different communication technologies available, choosing the right one can be a difficult task, as each communication technology has its own pros and cons.
Furthermore, a design that picks a communication method that is not suitable for its application will not only suffer from design flaws but may even require a new design from the ground up, as the underlying hardware originally chosen may not be compatible with another communications technology.
As such, it is essential for engineers to take the time to figure out exactly what the requirements of their project are, what each communication technology can offer, and which one is the most appropriate for their situation.
What factors matter when choosing a smart space connectivity option?
When choosing connectivity technology, a multitude of different factors can make or break a solution.In the case of smart spaces, these will most likely come down to range, power, bandwidth, reliability, features, and security.
Selecting a connectivity option based on range will enable devices to operate at greater distances, but this may come at the cost of power consumption.Range is directly related to power consumed, and thus, technologies with the greatest range will consume the most power (unless they sacrifice their bandwidth).
Power is the second-biggest factor to consider when implementing a wireless solution, as power consumption widely varies across different technologies.Technologies with lower bandwidths and lower ranges will often consume orders-of-magnitude less energy than high-power, long-range technologies, and this may be desirable for devices powered by batteries with limited amounts of immediate power.
Bandwidth is another important factor to consider, as some devices may be required to stream large amounts of information (such as cameras), while others may be able to get away with sending a few bytes each hour.It is best to try and use the lowest bandwidth possible, as this will often allow for greater ranges while also reducing power consumption significantly.
Reliability is a factor that can be problematic for designs needing to provide real-time responses.This does not mean that data is always being sent, but it does mean that the moment an event is triggered, either the device or service it connects to must be able to respond immediately.A wireless communication technology that cannot provide reliability may miss events, leading to an unreliable system.
While all wireless communication technologies provide data transmission as a fundamental service, some technologies can provide additional features, such as positioning.Such features may be able to add additional functionality at no extra cost to a design.
But of all factors listed above, one of the most important by far is security.With the increasing importance of privacy and security in modern electronics, future smart spaces will be dominated with internet-enabled devices, and the potential for private data to be gathered (faces, biometrics, etc.,) will see a need for devices in smart spaces to be secure.As such, any wireless communication technology chosen would need to be secured against attacks.
What are the major smart space technologies?
ワイヤレス テクノロジーはいくつか存在しますが、最も一般的なものはWi-Fi、Bluetooth、セルラー、超広帯域 (UWB) です。LoRaWAN や衛星などの他の技術も存在しますが、それらはセンサーが極めて遠隔地にある可能性のある、より特殊なアプリケーションで使用されます。
Wi-Fiは、優れた範囲と高いデータ レートを求めるアプリケーションに最適なテクノロジです。Wi-Fiは民生用電子機器を念頭に開発されており、ゲーム、ビデオストリーミング、ファイル共有など、非常に要求の厳しい用途での使用を想定して設計されています。ただし、低遅延、高帯域幅、長距離を実現するには、消費電力の増加が伴うため、バッテリー駆動のデバイスにはWi-Fiは適さない場合があります。
Bluetoothは、Wi-Fi (2.4 GHz) と同じ周波数スペクトルで動作する無線テクノロジですが、Wi-Fiとは異なり、範囲はわずか数メートルで、データ レートは大幅に低くなります。その結果、Bluetoothは (Wi-Fiと比較して) 極めて低エネルギーのオプションとなり、 Bluetooth Low Energy の開発は、長時間バッテリーで動作する必要があるアプリケーションにとってさらに優れた追加機能となります。ただし、帯域幅が狭くなるということは、大きなデータ パケットを送信しようとしているセンサーには、別のテクノロジの方が適している可能性があることを意味します。
セルラー通信 (4Gや5Gなど) は、Wi-Fiと比較してエネルギー消費量が少なく、優れた範囲と帯域幅を提供します。この技術は、モバイル通信が可能なエリアでは、センサーをネットワークに接続するための特別な機器を設置する必要がないという利点も活用しています。ただし、携帯電話の電波の届く範囲が常に良好であるとは限らず、特に遠隔地ではネットワーク アクセスが制限されることがあります。
UWB は、Wi-Fiや携帯電話よりも大幅に少ないエネルギーで長距離通信を実現できるため、最近注目を集め始めているネットワーク技術です。さらに、広いスペクトルと短いエネルギーバーストの使用により、デバイスの極めて正確な位置決めが可能になります。したがって、UWBは移動中の資産追跡を必要とするアプリケーションで特に有利です。
最適なスマート スペース接続オプションはどれですか?
エンジニアが利用できるさまざまな接続オプションを検討した後、どれが最適かという疑問が残ります。答えはどれも当てはまりません。どの接続テクノロジを使用するかの選択は、設計の要件によって決まるからです。
都市部の屋外スマート スペースは、提供される広範囲のカバレッジ、信頼性の高い信号を受信しながらほとんどの場所にデバイスを設置できる機能、およびバッテリー電源で動作する適合性により、セルラー ネットワークから大きなメリットを得ることができます。さらに、セルラー ネットワークを使用すると、デバイスとISPの間に追加のルーター、ブリッジ、モデムを設置する必要がなくなり、ハードウェアの複雑さが大幅に軽減されます。
屋内のスマート スペース (自宅など) では、Wi-Fiの優れた範囲、個人への幅広い利用可能性、低遅延メッセージの提供機能、既存のIoTデバイスでの広範な使用などのメリットを活用できます。Wi-Fiは電力を大量に消費しますが、内部に設置されたデバイスは主電源にアクセスできる可能性があります。
電力インフラのないスマートスペースはバッテリーに依存する可能性があり、そのような場合にはBluetoothまたはUWBのいずれかが役立ちます。機械的な力で自ら電力を供給する低エネルギーBluetoothデバイス (ドアベルなど) はすでに市場に出回っており、Bluetoothデバイスを動作させるのに必要な電力がいかに少ないかを示しています。
移動するセンサー (パレット トラック、人、荷物など) を使用するアプリケーションでは、長距離、低エネルギー、正確な追跡を実現するUWBを活用できます。UWBはすでにApple AirTagsなどの資産追跡デバイスで使用されており、さらに多くのスマートフォンでUWBが設計に組み込まれるようになっています。
スマート宇宙産業はどこに向かうのでしょうか?
現在使用されているすべての通信技術の中で、携帯電話はスマートスペースにとって究極のソリューションになりそうです。まず、将来のスマートスペースは、都市、工業地帯、住宅に限定される可能性が高く、これらの場所はすべて携帯電話の受信が可能です。つまり、新しいネットワーク機器をインストールする必要なく、デバイスをスマート スペースに追加することができ、新しいデバイスを追加するために必要なのは、それらを正しいクラウド サービスにポイントすることだけです。
5G はまだ展開中ですが、6Gはすでに開発が進められており、6Gが唯一の無線ネットワークとして必要な初の統合ネットワークであるとさえ主張されています。もちろん、BluetoothとWi-Fiは依然として役割を果たしますが、集中型ネットワークは、より広いカバレッジとより簡単なインストールなど、大きな利点をもたらす可能性があります。さらに、スマート スペースには数百のセンサーが含まれる可能性が高く、現在のWi-Fiネットワークは、これほど多くの接続デバイスを一度に処理するようには設計されていません (セルラー ネットワークは処理できます)。
多くの接続テクノロジが存在し、開発段階が進んでから設計を変更しようとすると非常にコストがかかる可能性があるため、アプリケーションに適したテクノロジを選択することが重要です。テクノロジーを決定するときは、設計の主な要件を概説し、将来的にどのような機能を含めるかを検討します。最後に、デバイスを将来のソリューションと互換性のあるものにすることで、交換が必要なデバイスに対して大きな競争上の優位性を獲得できる可能性があるため、業界がどこに向かう可能性があるかを考えてみましょう。