蒸気機関から工場の生産ラインまで, 産業革命の最初の波は人類文明を根本的に作り変えた. 今日, 私たちは次の時代を決定づける変革の頂点に立っています – モノのインターネットの台頭 (IoT). しかしながら, IoT革命が本格的に定着するために, 信頼性の高い接続ファブリックが必要です – 広範囲に提供できるもの, 予想される数十億のセンサーとエンドポイントを確実にカバー. ここにナローバンドIoTが登場します (NB-IoT) 枠に入ります.
では、NB-IoTとは一体何なのでしょうか？, この狭帯域セルラー規格が提供する独自の機能とは何ですか? そして、それは既存の IoT 接続オプションとどのように関係するのでしょうか? 飛び込みましょう.
ナローバンドIoTとは?
狭帯域モノのインターネット (NB-IoT) 3GPP によって標準化された LPWAN プロトコルで、セルラー接続された幅広い新しい IoT デバイスとサービスを可能にします.
IoT に最適化された専用の無線経路を提供します. 名前が示すように, ナローバンド IoT は非常に狭い帯域幅を使用します, デバイスのバッテリー寿命を最大化しながら、優れた拡張カバレッジを可能にします – NB-IoT デバイスは以上のことを達成できます 10 年間のバッテリー寿命.
4G LTE帯域などの認可されたスペクトル帯域の利用, NB-IoT は、IoT 接続専用にそれらを最適化します。. 新しいスペクトル割り当てを必要とするのではなく、既存のセルラー帯域をNB-IoT用に再構築することにより, このテクノロジーは、モバイル ネットワーク オペレーターによって迅速に導入できます。.
優れたカバー範囲の拡張と極めて高いエネルギー効率を実現, NB-IoT は、幅広い新しい IoT デバイスが最小限のメンテナンスコストで豊富なデータを提供できるようにします。, IoT の大量導入に対する 2 つの主要な障壁を克服する. 迅速な世界展開がすでに進行中, 特にアジアでは, ヨーロッパと北米.
ナローバンド IoT アーキテクチャとその仕組み
NB-IoTが標準化されたのは、 2016 によって 3リリース中の GPP 13 携帯電話会社が所有する認可されたスペクトル帯域内での動作用. NB-IoT デバイスとネットワーク間の通信は、指定された 200kHz の狭帯域内で行われます。, 標準のセルラー接続で使用されるはるかに広い帯域と比較して.
NB-IoT アーキテクチャはエンドデバイスで構成されます (センサー), 基地局またはアクセスポイント, コアネットワークとアプリケーションサーバー/プラットフォーム. ゲートウェイなどのオプションのコンポーネントは、直接アクセスできない場合に建物内または地下のノードを接続するために利用できます。.
NB-IoT には、さまざまなインフラストラクチャ全体のカバレッジを最大化するための 3 つの異なる導入モードがあります。:
- インバンド – 通常のLTEキャリア内のリソースブロックを利用
- ガードバンド – 通常のLTEキャリア内の未使用のリソースブロックを利用
- スタンドアロン – 専用スペクトルでスタンドアロンキャリアを利用
既存の携帯電話インフラと周波数帯を活用する, NB-IoT は、世界中の主要なハードウェアおよびチップセット ベンダーによってサポートされる効率的な IoT ソリューションを提供します. 2G などの他のセルラー技術と共存可能, 3G, 4G, 柔軟な導入モデルによる LTE-M と 5G.
NB-IoT の利点と制限は何ですか
ナローバンド IoT は膨大な接続機能をもたらしますが、いくつかの技術的な制約もあります. 利点と現在の欠点の両方を理解することで、期待値を適切に設定し、NB-IoT がアプリケーションに最適な時期について情報に基づいた意思決定を行うことができます。.
ナローバンドIoTのメリット
- 低消費電力– 狭い送信帯域幅と、PSM や eDRX などの非アクティブな送信期間の省電力機能により、超低電力が実現されます。. これにより、長期間のバッテリー寿命がサポートされます, 電力アクセスが制限されているリモートデバイスに不可欠.
- 強化されたカバー範囲と範囲– 狭帯域信号とパケット再送信の使用, NB-IoTは屋内と地下で信頼性の高い接続を実現します. その範囲は都市部から約1kmに達します, ～10kmの田舎 – リモートデバイスに最適.
- 膨大な数の接続– NB-IoT 基地局は以下をサポートできます。 50,000 送信ウィンドウとスリープウィンドウの効率的なスケジュール設定により、デバイスを同時に送信. この拡張性により大規模な導入がサポートされます – インフラ全体にわたる大規模な IoT ネットワークに不可欠.
- デバイスと導入コストが低い– デバイスの複雑さを最小限に抑え、必要な接続のみを実現することで、, NB-IoT ハードウェアのコストは 4G/5G モデムの数分の一です. 小規模データプランもコストが安くなります. ゲートウェイが不要で既存の帯域を活用, 導入は専用の LPWAN ネットワークを構築するよりもはるかに安価です.
ナローバンドIoTの限界
- データ転送速度が低下する– NB-IoT は LTE-M より帯域幅と速度が低い, 高速データ転送能力が不足している. 大きなスループットを必要とする音声/ビデオ アプリケーションをサポートできません。.
- 待ち時間が長い– 4Gと5Gとの比較, NB-IoT では、データ パケットの送受信間の遅延が大きくなります. リアルタイム性が必要なユースケースには最適ではありません, 低遅延通信.
- デバイスの可動性が制限されている– 帯域幅が狭く、アップリンク/ダウンリンク速度が遅い場合, NB-IoT は、固定デバイスまたは非常に移動性の低いデバイスに最適です. 4G-LTE や 5G などのネットワーク セル間の高速ハンドオーバーは効率的にサポートされていません.
- 世界的なカバー範囲が狭い– NB-IoT の導入は、世界中の多くの地域でまだ拡大中です. 現在、NB-IoT ネットワークのローミング契約はモバイルよりも少ないため、シームレスな世界的なカバレッジが制限されています.
NB-IoT は安全ですか、それともハッキングされる可能性がありますか
NB-IoT は、LTE ネットワーク用に 3GPP によって定義された実証済みのセキュリティ フレームワークを利用します. これには、デバイスとネットワーク間の相互認証が含まれます。, セッションキーによるデータの無線暗号化, および署名されたファームウェアのアップデート. 改ざん防止や異常検出などの追加のデバイスレベルの戦略により、セキュリティがさらに強化されます.
3GPP 標準準拠のもう 1 つの利点は、NB-IoT がセルラー ネットワーク全体で使用されている現在のセキュリティ プロトコルと、将来追加される新機能の両方をサポートしていることです。.
改ざんやハッキングの影響を完全に受けないテクノロジーはありませんが、, NB-IoT は、現在のモバイル ネットワークと同等の堅牢な標準化されたセキュリティ対策を提供し、IoT エッジ デバイスにまで及ぶさまざまなサイバー脅威から保護します。.
NB-IoT の主なユースケースとアプリケーション
長いバッテリー寿命により、, 広大な範囲, 小さなデータパケット転送, そして強力なセキュリティ – NB-IoTはセンサーをつなぐのに最適な技術です, モニター, インフラストラクチャ システム全体にわたるアクチュエータを使用して、:
スマートメータリング
ガスのリアルタイム遠隔読み取り, 手動チェックを必要としない電気と水の使用量. 洞察により、より優れたエネルギー節約と漏れ検出が可能になります. NB-IoT の低消費電力と拡張された通信範囲は、困難な場所にも適合します.
スマートシティ
大気/水質の環境センサー, サウンドモニタリング, ゴミ箱のオーバーフロー, 駐車スペースの追跡, インフラ監視, 周囲の状況や人の流れに基づいて調整するスマート照明.
環境モニタリング
畑, 河川, 荒野, 保護された保護地域の状況を監視することができます, 設備の操作, 侵入など. 大規模な電力や通信インフラがない場合.
スマート農業
安価な水分センサー, 機器モニター, NB-IoT 経由で接続された土壌栄養素テスターにより、散水の最適化のための可視性が向上します。, 肥料, 作物を追跡する.
資産の追跡と管理
手頃な価格のバッテリー駆動の NB-IoT タグが車両の位置と状態を監視, 重機, 返却可能な輸送品目 (パレット, コンテナ), およびリモート資産インフラストラクチャ.
スマートホーム
センサーが部屋の占有状況を監視, 温度, 湿度, ノイズ, コントローラーが HVAC を調整する際の光レベル, 点灯, 条件や使用パターンに基づいて家電製品を自動的に制御し、快適性を向上させます。, 安全性とエネルギー効率.
スマートヘルスケア
NB-IoT の低電力ニーズと広域接続は、治療中の遠隔監視による患者ケアの向上に最適です。. NB-IoT に基づく転倒位置検出システムにより、リスクのある患者が自力で立ったり移動しようとしたりした場合に早期に通知できます。. 介護スタッフは患者を迅速に支援するよう警告を受けることができます.
アプリケーションは輸送からほぼすべての業界に拡張されています。, エネルギーに, 教育, 小売, とりわけ. 低帯域幅のデータ送信に長期間の接続を必要とするほぼすべてのものは、NB-IoT に適合する可能性があります。.
NB-IoTと他のLPWANの比較
他の電力効率の高い IoT ネットワーキング オプションも存在しますが、, NB-IoT は、さまざまな導入の有力な候補となる強みを兼ね備えています. ここでは、NB-IoT を、広く使用されている他の 3 つの低電力広域ネットワーク技術と比較します。 – LTE-M, Sigfox と LoRaWAN:
NB-IoT と LTE-M の比較
NB-IoT と LTE-M はどちらも IoT 用に 3GPP によって標準化されたセルラー LPWAN テクノロジーです. しかしながら, LTE-M は 1.4MHz のより高い帯域幅をサポートし、最大 1Mbps のより高速なピークデータレートを実現します. LTE-M は、NB-IoT とは異なり、完全なモビリティと音声サポートも可能にします. ただし、PSM や eDRX などの最適化にもかかわらず、LTE-M はより多くの電力を消費するというトレードオフがあります。.
全体, LTE-M は、より高い帯域幅を必要とする遅延に敏感なアプリケーションに適合します, 一方、NB-IoT は、タイムクリティカルではない少量のデータを送信する静的なデバイスや動きの遅いデバイスに最適です。. LTE-Mでは特許保有者にロイヤルティを支払う必要がある, しかし、NB-IoT は既存の携帯電話スペクトルを活用することでゲートウェイのコストを回避します。. この標準は、さまざまな IoT ユースケースを補完します。 – 堅牢な通信を実現するLTE-Mと超省電力を実現するNB-IoT.
NB-IoT vs LoRa
主な違いは、NB-IoT は 4G LTE のような認可されたセルラー周波数帯で動作することです。, 一方、LoRa は ISM 帯域でライセンスのないスペクトルを使用します。. これは、NB-IoT がセルラー ネットワークのセキュリティと信頼性の恩恵を受けることを意味します。, 一方、LoRa は誰でも独自の LoRa ネットワークを展開できるため、より柔軟性が高くなります。.
NB-IoT は、LoRa よりも遅延が短く、スループットが高いです. しかしながら, LoRaの射程は長い, 低消費電力, モジュールコストの削減. LoRaWAN は消費電力の最小化を優先します, まで達成する 15+ 年間のバッテリー寿命.
NB-IoT 対 Sigfox
Sigfox は、ISM 無線帯域でライセンスのないスペクトルを使用するもう 1 つの競合する LPWAN テクノロジーです。. 超狭帯域変調を使用して、非常に少ない電力を使用しながら長距離通信を提供します.
NB-IoT と Sigfox の主な違いは、NB-IoT の帯域幅が大きいことです。, より高いデータレート, Sigfox と比較してレイテンシが低い. NB-IoT は最大で次のスループットを提供できます。 250 kbps、遅延は 10 秒未満. Sigfox の最大スループットは 100bps、通常のレイテンシは 1 ～ 30 秒です。. データ転送にはデバイスへのリターン チャネルもありません.
しかしながら, Sigfox には、シンプルさとグローバルな適用範囲の点でいくつかの利点があります。. Sigfox ネットワークは展開が容易で、すでに世界中で広範囲にカバーされています。. NB-IoT のカバレッジはセルラー LTE の構築に依存するため、より制限される可能性があります.
| NB-IoT | LTE-M | LoRa | シグフォックス | |
| 標準化 | 3GPP | 3GPP | LoRa アライアンス | ETSI |
| 帯域幅 | 200 KHz | 1.4 MHz | 250 KHz | 100 Hz |
| 周波数 | ライセンス済み | ライセンス済み | 無許可 | 無許可 |
| データスループット | ＜250kbps | ＜1Mbps | ＜10kbps | ＜100bps |
| レイテンシー | 中 | 低 | 中 | 中 |
| モビリティ管理 | ❌ | ✔ | ✔ | ✔ |
| 適用範囲の拡大 | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| 消費電力 | 中低 (LoRaよりも高い) | 中 (NB-IoT以上) | とても低い | 低 |
| プライベートネットワークが可能 | 番号 | 番号 | はい | 番号 |
| モジュールのコスト | $7-12 | $10-15 | $9-12 | $5-10 |
| 無線コスト | $ | $$$ | $ | $ |
NB-IoTに関するよくある質問
Narrowband-IoTの使用には料金がかかりますか??
はい – データプランはスマートフォンと同様に携帯電話会社から購入します. しかしながら, パケットサイズが小さいことを考えると, コストは大幅に下回る可能性があります $1 デバイスごとに毎月. 料金はデバイス数やデータ使用量などの要因に基づいて通信事業者によって異なります。.
NB-IoT はエネルギー効率に重点を置いていますか?
絶対に – 10+ 年間のバッテリ寿命が達成可能で、完全にバッテリ駆動のエンドポイントが可能. 強化されたカバレッジと組み合わせる, これにより、これまで不可能だったアプリケーションが可能になります.
ナローバンド IoT 伝送の遅延率はどのくらいですか?
ほとんどのデータ転送は 以内に完了します 1-10 秒. 遅延に敏感なニーズに対応 1 2番目, LTE-M の方が適している可能性があります.
