IoT – הזדמנות אדירה מונחת לפתחם של מפעילי הרשתות הסלולריות

ספקי השירות הסלולרי

(MNO – Mobile Network Operator) כורעים תחת הלחץ לשיפור ביצועי השורה התחתונה מפני שההחזר הממוצע למשתמש (ARPU – Average Return per User) אינו ניתן להצדקה לאור ההשקעה שנדרשת מהם בתשתית הרשת. אם ספקי השירות הסלולרי יוכלו למנף פתרונות משוק האינטרנט של הדברים (IoT) עבור פתרון של ה’קילומטר האחרון’ (last mile), הם יוכלו בקלות לקבל המון שולי רווח קטנים אבל עם מחזור בנפח גדול מאחר שמספר התקני IoT אמור להגיע לעשרות מיליארדים בארבע עד שש השנים הקרובות.
הקישוריות בין התקן IoT לבין הרשת (אינטרנט או אינטראנט) היא המהות של האינטרנט של הדברים. בדומה לסוגי קישוריות אחרים, קיימת ציפייה שגם להתקני IoT תהיה איכות של שירות
(QoS) מסוימת מכיוון הקישוריות. דרישות QoS של החיבור נובעות בעיקרן מהסוג של התקן IoT. לחלק מתרחישי השימוש של IoT נדרש לקבל מהקישוריות שירות מסוג המאמץ המיטבי (best effort). הקישוריות בין מכשיר חשמלי ביתי כגון מקרר לבין הבעלים שלו יכולה לשמש דוגמה: גם אם בתקשורת בין המקרר לבין הבעלים שלו יש השהיות בסדרי גודל של שניות, שירותי המקרר לא ייפגעו. אנו מכנים בהמשך המאמר סוג זה של התקן IoT, כלומר המקרר, מכשיר שאינו מצריך טיפול חירום.
עבור תרחיש שימוש של IoT מסוג ‘חירום’ נדרשת קישוריות מובטחת בעלת זמן אחזור (השהייה) נמוך: לדוגמה התקשורת חייבת להיות מובטחת ב-100% עבור חיישנים שנפרשו כדי לגלות שריפה, גניבה, לטיפול בחולים, פעילויות אלימות או אסונות טבע כדוגמת שיטפון. באופן דומה, קיימים תרחישי שימוש אחרים שבהם קישוריות מובטחת ומהירה חיונית לפעולה התקינה של העסק: דוגמה מעניינת אחת היא ניהול מלאי: בלוני חמצן הם משאב חיוני ביותר בכל בית חולים. במהלך אירועי חירום יכול המחסנאי לשדר שאילתה לכל בלוני החמצן ולמצוא בקלות את מיקומם של בלוני החמצן ברחבי בית חולים רחב ממדים אם בלוני החמצן “מחוברים” לרשת של בית החולים.
קיימות אינספור אפשרויות לחיבור התקנים לרשתות, החלק הראשון של המאמר מתמקד בסיבה שבזכותה הטכנולוגיה הסלולרית היא אפשרות הקישור הנכונה עבור התקני IoT. בחלקו השני של המאמר נידונים תחומי השיפור בתשתית של ספקי השירות הסלולרי שיכולים להפוך את הטכנולוגיה הסלולרית לפתרון הטוב ביותר לקישוריות. בחלקו השלישי נידון הסיכון שבפניו עומדים ספקי השירות הסלולרי אם לא ינצלו את ההזדמנות הזו של עסקי IoT.

חלק 1
בחלק זה נדון בסיבה שהופכת את הטכנולוגיה הסלולרית לדרך הטיפול המועדפת עבור מכשירי חירום. נבחן מקרה של הבית הדיגיטלי – הבית הדיגיטלי הוא בית שבו רוב ההתקנים המשמעותיים מחוברים (ישירות או בעקיפין) לרשת האינטרנט. בבית הדיגיטלי המוצג באיור 1 קיימים חישנים לשריפה ולגניבה. יש לו קישוריות עם המקרר ועם רשת החשמל.
את כל מכשירי החשמל הביתיים המוצגים באיור 1 אפשר לחבר לאינטרנט באחת מהדרכים הבאות:
אפשרות א’: לחבר כל אחד מההתקנים להתקן גישה לאינטרנט (IAD – Integrated Access Device, למשל נתב DSL) דרך:
1. רשת LAN קווית (Ethernet, HomePNA), או,
2. רשת LAN אלחוטית (802.11a/b/g/n/ac, Bluetooth, ZigBee)
באיור 1 מוצג בית דיגיטלי שבו נעשה שימוש באפשרות א’.
אפשרות ב’: לחבר כל אחד מההתקנים לאינטרנט דרך חיבור ישיר לטכנולוגיה סלולרית (כלומר על ידי הכנסה של כרטיס SIM מבוסס MS ישירות לתוך המכשיר).
אפשרות ג’: לחבר מכשירי חירום דרך טכנולוגיה סלולרית והתקנים אחרים להתקן IAD.
במאמר זה נתמקד באפשרויות ב’ ו-ג’.
למרות שאפשרות א’ היא פתרון מורכב ולא שלם, היא הדרך הפופולרית ביותר לחיבור מכשירים שהם התקני IoT לאינטרנט בזכות העלות הנמוכה הכרוכה בכך. זו שיטה מורכבת מאחר שהצרכן צריך להכיר את הבסיס של רישות IP על מנת לחבר את מכשיר החשמל הביתי להתקן IAD. עם זאת הבעיה הגדולה ביותר הקשורה לאפשרות זו היא שהקישוריות לאינטרנט אינה מובטחת: התקן IAD הוא נקודת כשל יחידה. אם חיבור האינטרנט בין התקן IAD וספק האינטרנט אינו פועל כאשר מתרחש מצב חירום, החיישן לא יוכל ליצור קשר עם בעלי הבית.
אפשרות ב’: בגישה זו בכל מכשירי החשמל הביתיים יש כרטיס SIM משל עצמם והמעגל המתאים אשר מחבר את מכשירי החשמל ישירות לטכנולוגיה הסלולרית ומבטיח שיש תקשורת מובטחת בין מכשירי החשמל לבין האינטרנט. קישוריות מובטחת הופכת את אפשרות ב’ למתאימה יותר בהרבה מאשר אפשרות א’.
לכל מכשיר חירום נדרש מנוי ייעודי של כרטיס SIM. ספקי שירות סלולריים אינם יוצרים הבדל במנוי בין כרטיס SIM של מכשיר לבין כרטיס SIM רגיל ולכן הם דורשים אותו סוג של תעריף עבור כרטיס SIM של מכשיר חשמל ביתי. העלות הגבוהה של מנוי כזה כשהיא מוכפלת במספר המכשירים הופכת את אפשרות ב’ ליקרה מדי.
אפשרות ג’ מפחיתה במידה מסוימת את העומס הכספי הזה: באפשרות זו נדרש להשתמש בקישוריות מבוססת כרטיס SIM עבור מכשירי החירום ובקישוריות מבוססת רשת LAN עבור יתר מכשירי החשמל.
בעיה גדולה נוספת עם אפשרויות ב’ ו-ג’ היא האחריות המפחידה הקשורה לכרטיס SIM:
א. אם נעשה שימוש לרעה בכרטיס SIM גנוב על ידי גורמים עבריינים, הבעלים של כרטיס SIM עומד בפני הליכים משפטיים.
ב. אם כרטיס SIM נגנב, מישהו יכול להשתמש בו כדי ליהנות משירותי תקשורת שהתוצאה שלהם עלולה להמיט צרות כספיות על הבעלים של הכרטיס.
על מנת להקטין את הסיכונים הנזכרים למעלה, הבעלים של כרטיס SIM אחראי לדווח על כרטיסים חסרים או גנובים לתחנת המשטרה המקומית ולספק השירות ברגע שנודע לו שהכרטיס חסר. האחריות הזו והעלויות האפשריות האלו גורמות בדרך כלל לרוב האנשים לנסות להימנע משימוש באפשרויות ב’ ו-ג’ ולהסתפק באפשרות א’ אפילו עבור מכשירי החירום.
וזו ההזדמנות שהמאמר הזה ממליץ לספקי השירות הסלולרי לחקור: כיצד לפתור את הבעיות שתוארו לעיל ולעודד את הצרכנים לבחור באפשרויות ב’ ו-ג’ עבור מכשירי החירום. אם האחריות הקשורה לכרטיס SIM שנגנב תסולק, לא תהיה סיבה לצרכנים של מכשירי החירום לבחור באפשרות שאינה קישוריות דרך הטכנולוגיה הסלולרית. בה בעת, אם יופחתו העלויות הקבועות (שכיום הן גבוהות) עבור מנוי של מכשיר חשמלי, הצרכנים יעדיפו להשתמש בקישוריות סלולרית עבור כל סוגי המכשירים החשמליים הביתיים.
בחלק הבא נציג את האופן שבו ספקי השירות הסלולרי יכולים להפוך את כרטיס ה-SIM לבר שימוש בתרחיש התקני IoT.

חלק 2
כפי שהוצג בחלק הקודם קיימים מעט חסרונות לשימוש בקישוריות מבוססת כרטיס SIM עבור התקני IoT. א’ – האחריות הקשורה בכרטיס SIM, ב’ – העברת הודעות SMS שאינה מובטחת, ו-ג’ – עלויות קבועות גבוהות הנובעות מתעריפים גבוהים של המנוי.
חלק זה של המאמר עוסק בפרוטרוט בנושאים אלו ומציע פתרונות לבעיות האלה.

האחריות הקשורה
לכרטיס SIM
כרטיס SIM גנוב עלול לגרום לצרכן לבעיות כספיות ולצרות עם החוק. ספקי השירות הסלולרי חייבים להקטין (או לבטל) את האחריות הקשורה בכרטיס SIM עבור מכשיר חשמלי. אם כרטיסי SIM של מכשירי חשמל לא יהיו שמישים לכל שירות אחר (אף לא למכשיר חשמלי אחר), הסיכונים הנובעים מהפיתוי שקיים בכרטיס SIM גנוב נעלמים. כלומר, אם כרטיס SIM המשמש במכשיר חשמלי הופך לא שמיש עבור כל מטרה אחרת ועבור כל מכשיר אחר, לא יימצא מי שאפילו ינסה לגנוב או לעשות שימוש זדוני בכרטיסי SIM כאלה.

א. הפחתת האחריות הקשורה בכרטיס SIM
כעת עולה השאלה כיצד אפשר להבטיח שכרטיס SIM גנוב של מכשיר חשמלי לא יהיה שמיש לכל מטרה אחרת, אפילו לא עבור מכשיר חשמלי אחר. אחת הדרכים הטובות למנוע את הגניבה של כרטיס SIM היא לקשור לכרטיס SIM מסוים רק שירותים מוגבלים ביותר ומותאמים במיוחד עבור הצרכן המקורי בלבד. לדוגמה, ספקי השירות הסלולרי יכולים להציע כרטיס SIM שמספק שירותי הודעות SMS בלבד (ללא כל שירות אחר כמו למשל תקשורת קולית או נתונים) ושיש לו התכונות הבאות:
1. עבור התקני IoT, צריכים ספקי השירות הסלולרי להפיק עבור הצרכנים פרופיל “כרטיס SIM למכשיר חשמלי” שהוא פרופיל שונה מאשר הפרופיל של כרטיס SIM רגיל אשר משמש לשיחות קול ונתונים. במשך תקופת המנוי של כרטיס SIM למכשיר החשמלי, ספק מבצע גם רישום של מספרי הטלפון של היעד שמקבלים את הודעות ה-SMS המופקות על ידי כרטיס ה-SIM של המכשיר.
2. כרטיס SIM המתואר לעיל יכול לשמש להעברת הודעות SMS בלבד. כל שירות אחר שיופעל באמצעות כרטיס SIM זה אמור שלא להתקבל על ידי הרשת של ספק השירות הסלולרי. אפשר להפעיל כמעט כל התקן IoT באמצעות שירות הודעות SMS בלבד. המשמעות היא שכרטיס SIM גנוב לא יוכל לשמש לשירותי קול ונתונים. אפשר יהיה להשתמש בו למשלוח הודעות SMS בלבד. ואולם, גם הודעות SMS עלולות ליצור כמה בעיות כספיות וחוקיות, על כן הפתרון לחשש זה מופיע בסעיף 3.
3. כל הודעת SMS שיוצאת ממספר זה צריכה להישלח רק למספרי טלפון שנקבעו מראש (ראה סעיף 1 לעיל) ואשר שמורים במסדי הנתונים של ספק השירות הסלולרי. המשמעות היא שאם אדם שברשותו כרטיס SIM גנוב מנסה לשלוח הודעת SMS, ההודעה תגיע רק למספרי הטלפון שנרשמו מראש.
אם ספקי השירות הסלולרי יכולים להרחיב את התוכנה שלהם בצומתי הרשת המתאימים ולהציע שירות הודעות SMS כפי שמתואר לעיל, הצרכנים יוכלו להשתמש בקישוריות מבוססת כרטיס SIM עם התקני IoT ללא חשש מפני שימוש זדוני שייעשה בכרטיס SIM.
ספקי השירות הסלולרי יכולים להשתמש בחומרה מהסוג הפשוט עבור כרטיסי SIM של מכשירי חשמל מאחר שאין צורך שבסוג זה של כרטיסי SIM יהיה זיכרון גדול עבור ספר טלפונים ועבור יישומונים.

ב. דרישות איכות שירות (QoS) עבור הודעות SMS של מכשירי חשמל
ההעברה של הודעות SMS שמופקות על ידי מכשירי חירום חייבת לעמוד באמות המידה הבאות:
(1) העברת ההודעה חייבת להיות אמינה. (2) הרשת חייבת להבטיח העברה בהגבלת זמן של הודעות SMS.
(i) העברה אמינה של הודעת SMS
האמינות בנקודה זו מתייחסת למסירה מובטחת של הודעת SMS לנמען הסופי. במחקר מסוים נמצא ש-5% מהודעות SMS אובדות בתרחישי העברה רגילים. המצב הופך להיות חמור הרבה יותר כשמתרחשים אירועים כמו למשל חגים או מצבי חירום. יחס ההעברה המוצלחת של הודעות SMS עבור מכשירי חירום חייב להיות 100% – על מנת להבטיח זאת על ספקי השירות הסלולרי להרחיב את התשתיות שלהם. כיום אירועים כדוגמת חגים לא יוצרים תעבורה כבדה של הודעות SMS מאחר שהאנשים מסתמכים יותר על שירותי “רשתות חברתיות” מבוססי IP. גם אם תנאים כאלה יתרחשו, הפתרון המוצע בסעיף (3) בהמשך אמור להבטיח את האמינות.
(ii) העברת הודעות SMS בהגבלת זמן
הודעת SMS חייבת להימסר ליעד בתוך פרק זמן סביר. דוח אמינות מראה ש-90% מהודעות SMS נמסרות בתוך חלון זמן של 5 דקות. מצב זה אינו קביל עבור רוב מכשירי החירום. זה תחום נוסף שאותו חייבים ספקי השירות הסלולרי לשפר, לפחות עבור מכשירי חירום.
(iii) סיווג הודעות SMS: עדיפות גבוהה לעומת עדיפות נמוכה
מפרטי התקשורת הניידת כבר כוללים הנחיות לטיפול בהודעות SMS לפי סדר עדיפויות: הודעות בעלות עדיפות גבוהה והודעות בעלות עדיפות נמוכה. חשוב שמרכזי השירות יקצו “עדיפות גבוהה” להודעות SMS שמופקות על ידי מכשירי חירום. התקן הקיים מגדיר עדיפות גבוהה רק בהקשר של האופן שבו יהיה ניסיון להעביר את ההודעה אם ה-MS של היעד חסר. מאחר שאנו מעונינים לקבוע עדיפויות לטיפול בהודעות SMS שמגיעות ממכשירי חירום, חשוב שההעברה של הודעות SMS חירום תתבצע במהירות גבוהה יותר מאשר הודעות שאינן הודעות חירום. הטיפול לפי עדיפויות צריך להתבצע בכמה נקודות ברשת כולה, אפילו בין מפעילים ו-RAT שונים.
א. הקצאת משאבי רדיו: כאשר מכשיר חירום מבקש משאבי רדיו למשלוח של הודעת SMS, הרשת (כלומר
MSC/NodeB/eNodeB) אמורה לבדוק את סוג כרטיס ה-SIM של ה-MS של המקור. אם הרשת מגלה שה-MS של המקור הוא מכשיר חירום, הקצאת משאבי הרדיו לבקשה זו חייבת להיחשב כבעלת עדיפות גבוהה יותר מאשר בקשות אחרות. אותו סוג של הקצאת משאבים עם עדיפות אמור להיות גם בצומת MSC/NodeB/eNodeB שבקצה.
ב. העיבוד בצמתי הביניים: צמתי
SC, SMSC ,HLR ,VLR ,MSC/NodeB/eNodeB של היעד חייבים לעבד את הודעות SMS בעלות העדיפות הגבוהה בעדיפות גבוהה יותר מאשר יתר הפונקציות שלהם.

ג. הפחתת התעריף של שירותי כרטיס SIM עבור מכשירי חשמל
כרטיסי SIM עבור מכשיר חשמל אינם עומדים ליצור תעבורה שתהיה מורגשת, לכן חייבים ספקי השירות הסלולרי להקטין את התעריף עבור שירותים כאלה על מנת להפוך אותו לכדאי עבור משתמשי הקצה. בנוסף, החיסכון בעלויות (המתואר בחלק 3 בהמשך) גם הוא יאפשר לספקי השירות הסלולרי להקטין את התעריף.

חלק 3
הגידול במספר התקני IoT הוא מעריכי. גם אם ספקי השירות הסלולרי לא יציעו טיפול בהתאמה אישית כפי שמוצע בחלק השני של מאמר זה, יהיה מספר גדול של צרכנים שיבחרו למרות זאת בקישוריות מבוססת כרטיס SIM עבור התקני IoT, במיוחד עבור מכשירי חירום. מה תהיה התוצאה של מנויים כאלה שמשתמשים במכשירים מבוססי SIM?
נניח שאחרי כל M רישומי מנוי חדשים באזור מסוים, ספק השירות הסלולרי פורס R משאבים יותר, כמו למשל צמתי חישוב, משאבי רדיו וצוותי תמיכה ותחזוקה. למען הפשטות, נניח שלכל M המנויים יש תבנית קבועה של שימוש ב-R המשאבים עבור קול, הודעות SMS ונתונים. במקרה שבו הרוב של M המנויים החדשים הם כרטיסי SIM של מכשירים, האם ההשקעה של ספק השירות הסלולרי לצורך הוספת R משאבים הייתה מוצדקת? התשובה היא בבירור לא. נבחן מדוע: כרטיסי SIM של מכשירים לעולם לא ישתמשו בשירותי קול או נתונים – הודעות SMS הם סוג התעבורה היחיד. מה יהיה נפח (או קצב) היצירה של הודעות SMS?
א. מכשירי חירום מפיקים הודעות SMS רק כשנוצרים תנאי חירום – מצב שמתרחש לכל היותר פעמים ספורות בשנה ואולי אף לעולם לא!
ב. מכשיר חשמל שאינם מסוג ‘חירום’ אף הם לא יפיקו או יקבלו יותר מאשר כמה הודעות SMS ביום, בתלות בסוג המכשיר.
המשמעות היא שאם ספקי השירות הסלולרי יתחילו להשתמש בפרופילים נפרדים עבור כרטיסי SIM לשימוש במכשירי חשמל ביתיים, הם יכולים להגדיל את מספר המנויים בלי להוסיף הוצאות על ההון.

מסקנה
כשבוחנים את הקצב של פרישת התקני IoT, אפשר לראות בבירור שיש בה הזדמנות עסקית גדולה מאוד עבור ספקי השירות הסלולרי. ספקי השירות הסלולרי יכולים לזכות בנתח משמעותי של עסקי IoT בתנאי שהם יתגברו על בעיות האחריות, איכות השירות (QoS) והכדאיות הכלכלית לצרכן. אפשר לראות שבאמצעות טכנולוגיה משופרת ברשת (בעיקר בעזרת שידרוגי תוכנה) ספקי השירות הסלולרי יכולים בקלות לנגוס בשוק הזה. ואפשר גם לראות שהימנעות מתגובה לדרישות האלה שמעמיד עולם התקני IoT יביא לגידול שאינו נחוץ בהוצאות על ההון של ספקי השירות הסלולרי.