Von der Dampfmaschine bis zur Fabrikproduktionslinie, Die ersten Wellen der industriellen Revolution haben die menschliche Zivilisation grundlegend verändert. Heute, Wir stehen an der Schwelle zum nächsten epochalen Wandel – der Aufstieg des Internets der Dinge (IoT). jedoch, damit die IoT-Revolution wirklich Fuß fassen kann, Es ist eine zuverlässige Konnektivitätsstruktur erforderlich – eine, die umfassend bieten kann, zuverlässige Abdeckung für die erwarteten Milliarden von Sensoren und Endpunkten. Hier setzt Narrowband IoT an (NB-IoT) betritt den Rahmen.
Was genau ist NB-IoT?, und welche einzigartigen Möglichkeiten dieser Schmalband-Mobilfunkstandard bietet? Und in welcher Beziehung steht es zu bestehenden IoT-Konnektivitätsoptionen?? Tauchen wir ein.
Was ist Schmalband-IoT??
Schmalband-Internet der Dinge (NB-IoT) ist ein LPWAN Protokoll, das von 3GPP standardisiert wurde, um eine breite Palette neuer mobilfunkgebundener IoT-Geräte und -Dienste zu ermöglichen.
Es bietet einen dedizierten drahtlosen Pfad, der für IoT optimiert ist. Wie der Name schon sagt, Narrowband IoT nutzt eine sehr schmale Bandbreite, Dies ermöglicht eine hervorragende erweiterte Abdeckung und maximiert gleichzeitig die Akkulaufzeit der Geräte – NB-IoT-Geräte können mehr erreichen 10 Jahre Batterielebensdauer.
Nutzung lizenzierter Spektrumbänder wie 4G-LTE-Bänder, NB-IoT optimiert sie ausschließlich für IoT-Konnektivität. Durch die Umrüstung bestehender Mobilfunkbänder für die NB-IoT-Nutzung, anstatt neue Spektrumszuweisungen zu erfordern, Diese Technologie kann von Mobilfunknetzbetreibern schnell eingesetzt werden.
Mit hervorragender Abdeckungserweiterung und extremer Energieeffizienz, NB-IoT ermöglicht einer breiten Palette neuer IoT-Geräte die Bereitstellung umfangreicher Daten bei minimalen Wartungskosten, Überwindung zweier Haupthindernisse für die Masseneinführung des IoT. Der schnelle weltweite Einsatz ist bereits im Gange, vor allem in Asien, Europa und Nordamerika.
Narrowband-IoT-Architektur und ihre Funktionsweise
NB-IoT wurde standardisiert 2016 bis zum 3GPP in Veröffentlichung 13 für den Betrieb innerhalb lizenzierter Frequenzbänder, die Mobilfunkbetreibern gehören. Die Kommunikation zwischen NB-IoT-Geräten und dem Netzwerk erfolgt innerhalb eines festgelegten schmalen Bandes von 200 kHz, im Vergleich zu viel breiteren Bändern, die bei Standard-Mobilfunkverbindungen verwendet werden.
Die NB-IoT-Architektur besteht aus Endgeräten (Sensoren), Basisstationen oder Access Points, das Kernnetzwerk und die Anwendungsserver/Plattformen. Optionale Komponenten wie Gateways können verwendet werden, um Knoten innerhalb von Gebäuden oder unter der Erde zu verbinden, wenn kein direkter Zugang möglich ist.
NB-IoT verfügt über drei verschiedene Bereitstellungsmodi, um die Abdeckung verschiedener Infrastrukturen zu maximieren:
- In der Band – Nutzt Ressourcenblöcke innerhalb eines normalen LTE-Anbieters
- Schutzband – Nutzt ungenutzte Ressourcenblöcke innerhalb eines normalen LTE-Trägers
- Eigenständige – Nutzt einen eigenständigen Träger im dedizierten Spektrum
Durch Nutzung der vorhandenen Mobilfunkinfrastruktur und des Spektrums, NB-IoT bietet eine effiziente IoT-Lösung, die von großen Hardware- und Chipsatzanbietern weltweit unterstützt wird. Es kann mit anderen Mobilfunktechnologien wie 2G koexistieren, 3G, 4G, LTE-M und 5G durch seine flexiblen Einsatzmodelle.
Was sind die Vorteile und Grenzen von NB-IoT?
Schmalband-IoT bietet enorme Konnektivitätsmöglichkeiten, bringt aber auch einige technische Einschränkungen mit sich. Das Verständnis sowohl der Vorteile als auch der aktuellen Nachteile ermöglicht es, die Erwartungen richtig festzulegen und eine fundierte Entscheidung darüber zu treffen, wann NB-IoT am besten für eine Anwendung geeignet ist.
Vorteile von Schmalband-IoT
- Energieeffizient– Ultraniedriger Stromverbrauch wird durch kleine Übertragungsbandbreite und Energiesparfunktionen inaktiver Übertragungsperioden wie PSM und eDRX erreicht. Dies unterstützt eine längere Batterielebensdauer, Unverzichtbar für entfernte Geräte mit eingeschränktem Stromzugang.
- Verbesserte Abdeckung und Reichweite– Verwendung eines Schmalbandsignals und Paketneuübertragungen, NB-IoT sorgt für zuverlässige Konnektivität im Innen- und Untergrund. Seine Reichweite beträgt innerorts etwa 1 km, ~10 km ländlich – Ideal für Remote-Geräte.
- Riesige Anzahl an Verbindungen– Eine NB-IoT-Basisstation kann mehr als unterstützen 50,000 Geräte gleichzeitig durch effiziente Planung von Übertragungs- und Schlaffenstern. Diese Skalierbarkeit unterstützt umfangreiche Bereitstellungen – von entscheidender Bedeutung für große IoT-Netzwerke in der gesamten Infrastruktur.
- Niedrige Geräte- und Bereitstellungskosten– Durch die Minimierung der Gerätekomplexität auf die wesentliche Konnektivität, NB-IoT-Hardware kostet einen Bruchteil der 4G/5G-Modems. Auch kleine Datentarife kosten weniger. Kein Gateway erforderlich und Nutzung vorhandener Bänder, Bereitstellungen sind weitaus günstiger als der Aufbau dedizierter LPWAN-Netzwerke.
Einschränkungen des Schmalband-IoT
- Geringere Datenübertragung– NB-IoT hat eine geringere Bandbreite und Geschwindigkeit als LTE-M, mangelnde Fähigkeit für hohe Datenübertragungen. Sprach-/Videoanwendungen, die einen hohen Durchsatz erfordern, können nicht unterstützt werden.
- Höhere Latenz– Vergleichen Sie mit 4G und 5G, Bei NB-IoT kommt es zu einer größeren Verzögerung zwischen der Übertragung und dem Empfang von Datenpaketen. Es ist nicht optimal für Anwendungsfälle, die Echtzeit erfordern, Kommunikation mit geringer Latenz.
- Eingeschränkte Gerätemobilität– Mit geringer Bandbreite und langsamen Uplink-/Downlink-Raten, NB-IoT eignet sich am besten für stationäre Geräte oder Geräte mit sehr geringer Mobilität. Schnelle Übergaben zwischen Netzwerkzellen wie 4G-LTE und 5G werden nicht effizient unterstützt.
- Weniger globale Abdeckung– Der Einsatz von NB-IoT nimmt in vielen Regionen weltweit immer noch zu. Derzeit schränken weniger Roaming-Vereinbarungen für NB-IoT-Netzwerke als für Mobilfunknetze die nahtlose weltweite Abdeckung ein.
Ist NB-IoT sicher oder kann es gehackt werden?
NB-IoT nutzt das bewährte Sicherheits-Framework, das von 3GPP für LTE-Netzwerke definiert wird. Dazu gehört die gegenseitige Authentifizierung zwischen Gerät und Netzwerk, Over-the-Air-Verschlüsselung von Daten über Sitzungsschlüssel, und signierte Firmware-Updates. Zusätzliche Strategien auf Geräteebene wie Manipulationssicherheit und Anomalieerkennung erhöhen die Sicherheit zusätzlich.
Ein weiterer Vorteil der 3GPP-Standardkonformität besteht darin, dass NB-IoT sowohl aktuelle Sicherheitsprotokolle unterstützt, die in Mobilfunknetzen verwendet werden, als auch alle neuen Funktionen, die in Zukunft hinzugefügt werden.
Allerdings ist keine Technologie völlig immun gegen Manipulation oder Hackerangriffe, NB-IoT bietet robuste standardisierte Sicherheitsmaßnahmen auf Augenhöhe mit aktuellen Mobilfunknetzen zum Schutz vor einer Reihe von Cyber-Bedrohungen, die bis hin zu den IoT-Edge-Geräten reichen.
Wichtige Anwendungsfälle und Anwendungen von NB-IoT
Mit seiner langen Akkulaufzeit, umfangreiches Sortiment, Übertragung kleiner Datenpakete, und starke Sicherheit – NB-IoT ist eine ideale Technologie zur Anbindung von Sensoren, Monitore, und Aktoren über Infrastruktursysteme hinweg zu ermöglichen:
Smart Metering
Fernablesung von Gas in Echtzeit, Strom- und Wasserverbrauch ohne manuelle Kontrollen. Erkenntnisse ermöglichen eine bessere Energieeinsparung und Leckerkennung. Der geringe Stromverbrauch und die größere Reichweite von NB-IoT eignen sich auch für schwierige Standorte.
Intelligente Städte
Umweltsensoren für Luft-/Wasserqualität, Schallüberwachung, Überlauf des Abfallbehälters, Parkplatzverfolgung, Infrastrukturüberwachung, und intelligente Beleuchtung, die sich an die Umgebungsbedingungen und den Personenstrom anpasst.
Umweltüberwachung
Felder auf dem Bauernhof, Flüsse, Wildnis, und geschützte Naturschutzgebiete können hinsichtlich ihrer Bedingungen überwacht werden, Gerätebetrieb, Einbrüche usw. ohne umfangreiche Energie- oder Kommunikationsinfrastruktur.
Intelligente Landwirtschaft
Preiswerte Feuchtigkeitssensoren, Gerätemonitore, Über NB-IoT verbundene Bodennährstofftester sorgen für eine bessere Sichtbarkeit zur Optimierung der Bewässerung, Düngemittel, und Pflanzen verfolgen.
Asset-Tracking und -Management
Erschwingliche batteriebetriebene NB-IoT-Tags überwachen Standort und Zustand von Fahrzeugen, schwere Maschinerie, Mehrwegtransportartikel (Paletten, Behälter), und Remote-Asset-Infrastruktur.
Smart Homes
Sensoren überwachen die Raumbelegung, Temperatur, Feuchtigkeit, Lärm, Lichtniveaus, während die Controller die HVAC anpassen, Beleuchtung, und Geräte automatisch basierend auf Bedingungen und Nutzungsmustern, um den Komfort zu verbessern, Sicherheit und Energieeffizienz.
Smart Healthcare
Der geringe Stromverbrauch und die großflächige Konnektivität von NB-IoT sind ideal für die Verbesserung der Patientenversorgung durch Fernüberwachung während der Behandlung. Ein auf NB-IoT basierendes Fallortungssystem ermöglicht eine frühzeitige Benachrichtigung, wenn gefährdete Patienten versuchen, selbstständig zu stehen oder sich zu bewegen. Das Pflegepersonal kann alarmiert werden, um dem Patienten umgehend zu helfen.
Die Anwendungen erstrecken sich auf nahezu alle Branchen vom Transportwesen, zu Energie, Bildung, Verkauf, unter anderen. Fast alles, was eine langfristige Konnektivität für Datenübertragungen mit geringer Bandbreite benötigt, ist potenziell für NB-IoT geeignet.
Vergleiche zwischen NB-IoT und anderen LPWANs
Es gibt zwar andere energieeffiziente IoT-Netzwerkoptionen, NB-IoT vereint Stärken, die es zum Spitzenkandidaten für eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten machen. Hier vergleichen wir NB-IoT mit drei anderen weit verbreiteten Low Power Wide Area Networking-Technologien – LTE-M, Sigfox und LoRaWAN:
NB-IoT vs. LTE-M
NB-IoT und LTE-M sind beides zellulare LPWAN-Technologien, die von 3GPP für IoT standardisiert wurden. jedoch, LTE-M unterstützt eine höhere Bandbreite bei 1,4 MHz mit schnelleren Spitzendatenraten von bis zu 1 Mbit/s. LTE-M ermöglicht im Gegensatz zu NB-IoT auch volle Mobilität und Sprachunterstützung. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass LTE-M trotz Optimierungen wie PSM und eDRX mehr Strom verbraucht.
Insgesamt, LTE-M eignet sich für latenzempfindliche Anwendungen, die eine höhere Bandbreite benötigen, während NB-IoT ideal für statische oder sich langsam bewegende Geräte ist, die winzige Mengen nicht zeitkritischer Daten senden. LTE-M erfordert die Zahlung von Lizenzgebühren an Patentinhaber, Aber NB-IoT vermeidet Gateway-Kosten, indem es das vorhandene Mobilfunkspektrum nutzt. Die Standards ergänzen sich für verschiedene IoT-Anwendungsfälle – LTE-M für robuste Kommunikation und NB-IoT für extreme Energieeinsparung.
NB-IoT vs LoRa
Die Hauptunterschiede bestehen darin, dass NB-IoT im lizenzierten Mobilfunkspektrum wie 4G LTE arbeitet, während LoRa unlizenziertes Spektrum in den ISM-Bändern nutzt. Dadurch profitiert NB-IoT von der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Mobilfunknetzen, während LoRa mehr Flexibilität bietet, da jeder sein eigenes LoRa-Netzwerk bereitstellen kann.
NB-IoT hat außerdem eine geringere Latenz und einen höheren Durchsatz als LoRa. jedoch, LoRa hat eine größere Reichweite, geringerer Stromverbrauch, und geringere Modulkosten. Bei LoRaWAN steht die Minimierung des Stromverbrauchs im Vordergrund, bis zu erreichen 15+ Jahre Batterielebensdauer.
NB-IoT vs. Sigfox
Sigfox ist eine weitere konkurrierende LPWAN-Technologie, die unlizenziertes Spektrum in den ISM-Funkbändern nutzt. Es nutzt Ultraschmalbandmodulation, um eine Kommunikation über große Entfernungen bei sehr geringem Stromverbrauch zu ermöglichen.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen NB-IoT und Sigfox besteht darin, dass NB-IoT über eine größere Bandbreite verfügt, höhere Datenraten, und geringere Latenz im Vergleich zu Sigfox. NB-IoT kann einen Durchsatz von bis zu bieten 250 kbit/s mit einer Latenz von weniger als 10 Sekunden. Sigfox hat einen maximalen Durchsatz von 100 Bit/s und eine typische Latenz von 1–30 Sekunden. Auch für die Datenübertragung gibt es keinen Rückkanal zurück zu den Geräten.
jedoch, Sigfox bietet einige Vorteile in Bezug auf Einfachheit und globale Abdeckung. Sigfox-Netzwerke sind einfacher bereitzustellen und haben weltweit bereits eine breite Abdeckung erreicht. Die NB-IoT-Abdeckung hängt vom Mobilfunk-LTE-Ausbau ab und kann daher eingeschränkter sein.
| NB-IoT | LTE-M | LoRa | Sigfox | |
| Standardisierung | 3GPP | 3GPP | LoRa-Allianz | ETSI |
| Bandbreite | 200 KHz | 1.4 MHz | 250 KHz | 100 Hz |
| Frequenz | Lizenziert | Lizenziert | Nicht lizenziert | Nicht lizenziert |
| Datendurchsatz | ＜ 250 kbps | < 1 Mbit/s | ＜ 10 kbps | ＜ 100 bps |
| Latenz | Mittel | Niedrig | Mittel | Mittel |
| Mobilitätsmanagement | ❌ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Erweiterter Versicherungsschutz | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Energieverbrauch | Mittel Niedrig (Höher als LoRa) | Mittel (Höher als NB-IoT) | Sehr niedrig | Niedrig |
| Private Netzwerke möglich | Nein | Nein | Ja | Nein |
| Modulkosten | $7-12 | $10-15 | $9-12 | $5-10 |
| Radiokosten | $ | $$$ | $ | $ |
FAQs zu NB-IoT
Ist die Nutzung von Narrowband-IoT kostenpflichtig??
Ja – Datentarife werden ähnlich wie Smartphones von Mobilfunkanbietern erworben. jedoch, angesichts der winzigen Packungsgrößen, Die Kosten können deutlich darunter liegen $1 pro Gerät monatlich. Die Gebühren variieren je nach Betreiber und hängen von Faktoren wie Geräteanzahl und Datennutzung ab.
Ist NB-IoT auf Energieeffizienz ausgerichtet??
Absolut – 10+ Eine Batterielebensdauer von einem Jahr ist erreichbar, sodass vollständig batteriebetriebene Endpunkte möglich sind. Kombiniert mit einer verbesserten Abdeckung, Dies ermöglicht Anwendungen, die bisher nicht möglich waren.
Wie hoch ist die Latenzrate von Schmalband-IoT-Übertragungen??
Die meisten Datenübertragungen werden innerhalb abgeschlossen 1-10 Sekunden. Für verzögerungsempfindliche Anforderungen unter 1 zweite, LTE-M ist wahrscheinlich die bessere Lösung.
