Da máquina a vapor à linha de produção da fábrica, as primeiras ondas da Revolução Industrial remodelaram fundamentalmente a civilização humana. Hoje, estamos à beira da próxima mudança que definirá uma era – a ascensão da Internet das Coisas (IoT). Contudo, para que a revolução IoT realmente se consolide, é necessária uma malha de conectividade confiável – aquele que pode fornecer extensa, cobertura confiável para os esperados bilhões de sensores e endpoints. É aqui que a IoT de banda estreita (NB-IoT) entra no quadro.
Então, o que exatamente é NB-IoT, e quais recursos exclusivos esse padrão celular de banda estreita oferece? E como isso se relaciona com as opções existentes de conectividade IoT? Vamos mergulhar.
O que é IoT de banda estreita?
Internet das coisas de banda estreita (NB-IoT) é um protocolo LPWAN padronizado pelo 3GPP para permitir uma ampla gama de novos dispositivos e serviços IoT conectados por celular.
Oferece um caminho sem fio dedicado otimizado para IoT. Como o nome sugere, A IoT de banda estreita usa largura de banda muito estreita, permitindo excelente cobertura estendida enquanto maximiza a vida útil da bateria dos dispositivos – Os dispositivos NB-IoT podem alcançar mais 10 anos de vida útil da bateria.
Utilizando bandas de espectro licenciadas, como bandas 4G LTE, NB-IoT os otimiza exclusivamente para conectividade IoT. Ao reestruturar as bandas celulares existentes para uso de NB-IoT, em vez de exigir novas alocações de espectro, esta tecnologia pode ser rapidamente implantada pelas operadoras de rede móvel.
Com excelente extensão de cobertura e extrema eficiência energética, NB-IoT capacita uma ampla gama de novos dispositivos IoT para fornecer dados ricos com custo mínimo de manutenção, superando duas barreiras principais para a adoção em massa da IoT. A rápida implantação global já está em andamento, especialmente na Ásia, Europa e América do Norte.
Arquitetura IoT de banda estreita e como funciona
NB-IoT foi padronizado em 2016 pelo 3GPP em lançamento 13 para operação em bandas de espectro licenciadas de propriedade de operadoras móveis. A comunicação entre os dispositivos NB-IoT e a rede ocorre dentro de uma banda estreita designada de 200kHz, em comparação com bandas muito mais amplas usadas pela conectividade celular padrão.
A arquitetura NB-IoT consiste em dispositivos finais (sensores), estações base ou pontos de acesso, a rede principal e servidores/plataformas de aplicativos. Componentes opcionais como gateways podem ser utilizados para conectar nós dentro de edifícios ou no subsolo quando o acesso direto não é possível.
NB-IoT tem três modos de implantação distintos para maximizar a cobertura em diversas infraestruturas:
- Dentro da banda – Utiliza blocos de recursos dentro de uma operadora LTE normal
- Banda de guarda – Utiliza blocos de recursos não utilizados em uma operadora LTE normal
- Estar sozinho – Utiliza operadora autônoma em espectro dedicado
Aproveitando a infraestrutura e o espectro celular existentes, NB-IoT fornece uma solução IoT eficiente suportada pelos principais fornecedores de hardware e chipset em todo o mundo. Pode coexistir com outras tecnologias celulares como 2G, 3G, 4G, LTE-M e 5G através de seus modelos de implantação flexíveis.
Quais são os benefícios e limitações do NB-IoT
A IoT de banda estreita traz imensas capacidades de conectividade, mas também apresenta algumas restrições técnicas. Compreender as vantagens e as desvantagens atuais permite definir adequadamente as expectativas e tomar uma decisão informada sobre quando o NB-IoT é mais adequado para uma aplicação.
Benefícios da IoT de banda estreita
- Baixo consumo de energia– O consumo ultrabaixo de energia é alcançado por meio de uma pequena largura de banda de transmissão e recursos de economia de energia de períodos de transmissão inativos, como PSM e eDRX. Isso suporta mais anos de vida útil da bateria, essencial para dispositivos remotos com acesso limitado à energia.
- Cobertura e alcance aprimorados– Usando um sinal de banda estreita e retransmissões de pacotes, NB-IoT alcança conectividade confiável em ambientes internos e subterrâneos. Seu alcance atinge aproximadamente 1 km urbano, ~10 km rurais – ideal para dispositivos remotos.
- Grande número de conexões– Uma estação base NB-IoT pode suportar mais de 50,000 dispositivos simultaneamente por agendamento eficiente de janelas de transmissão e suspensão. Essa escalabilidade suporta implantações massivas – vital para redes IoT em grande escala em toda a infraestrutura.
- Baixo custo de dispositivo e implantação– Ao minimizar a complexidade do dispositivo para apenas a conectividade essencial, O hardware NB-IoT custa uma fração dos modems 4G/5G. Pequenos planos de dados também custam menos. Sem necessidade de gateway e aproveitando as bandas existentes, as implantações são muito mais baratas do que construir redes LPWAN dedicadas.
Limitações da IoT de banda estreita
- Menor transmissão de dados– NB-IoT tem largura de banda e velocidade menores que LTE-M, falta de capacidade para altas transferências de dados. Ele não suporta aplicações de voz/vídeo que exigem grande rendimento.
- Maior latência– Compare com 4G e 5G, NB-IoT experimenta mais atraso entre pacotes de dados transmitidos e recebidos. Não é ideal para casos de uso que necessitam de tempo real, comunicação de baixa latência.
- Mobilidade limitada do dispositivo– Com baixa largura de banda e taxas lentas de uplink/downlink, NB-IoT é melhor para dispositivos fixos ou de mobilidade muito baixa. Transferências rápidas entre células de rede como 4G-LTE e 5G não são suportadas de forma eficiente.
- Menos cobertura global– A implantação de NB-IoT ainda está aumentando em muitas regiões do mundo. Menos acordos de roaming para redes NB-IoT do que dispositivos móveis limitam atualmente a cobertura mundial contínua.
O NB-IoT é seguro ou pode ser hackeado
NB-IoT utiliza a estrutura de segurança comprovada definida pelo 3GPP para redes LTE. Isso inclui autenticação mútua entre o dispositivo e a rede, criptografia over-the-air de dados por meio de chaves de sessão, e atualizações de firmware assinadas. Estratégias adicionais em nível de dispositivo, como proteção contra adulteração e detecção de anomalias, reforçam ainda mais a segurança.
Outro benefício da conformidade com os padrões 3GPP é que o NB-IoT suporta os protocolos de segurança atuais usados nas redes celulares, bem como quaisquer novos recursos adicionados no futuro..
Embora nenhuma tecnologia esteja completamente imune a adulterações ou hackers, O NB-IoT oferece medidas de segurança padronizadas e robustas, equivalentes às redes móveis atuais, para proteção contra uma série de ameaças cibernéticas que se estendem até os dispositivos de borda IoT.
Principais casos de uso e aplicações de NB-IoT
Com sua bateria de longa duração, gama expansiva, transferências de pequenos pacotes de dados, e forte segurança – NB-IoT é uma tecnologia ideal para conectar sensores, monitores, e atuadores em sistemas de infraestrutura para permitir:
Medição inteligente
Leitura remota de gás em tempo real, uso de eletricidade e água sem necessidade de verificações manuais. Os insights permitem melhor conservação de energia e detecção de vazamentos. O baixo consumo de energia e o alcance aprimorado do NB-IoT são adequados até mesmo para locais desafiadores.
Cidades inteligentes
Sensores ambientais para qualidade do ar/água, monitoramento de som, estouro de lixeira, rastreamento de vagas de estacionamento, monitoramento de infraestrutura, e iluminação inteligente que se ajusta com base nas condições ambientais e no fluxo de pessoas.
Monitoramento ambiental
Campos agrícolas, rios, região selvagem, e áreas de conservação protegidas podem ser monitoradas quanto às condições, operações de equipamentos, invasões etc.. sem ampla infraestrutura de energia ou comunicação.
Agricultura Inteligente
Sensores de umidade baratos, monitores de equipamentos, testadores de nutrientes do solo conectados via NB-IoT oferecem melhor visibilidade para otimizar a irrigação, fertilizantes, e rastrear colheitas.
Rastreamento e gerenciamento de ativos
Etiquetas NB-IoT alimentadas por bateria acessíveis monitoram a localização e a condição dos veículos, maquinário pesado, itens de transporte retornáveis (paletes, containers), e infraestrutura de ativos remotos.
Casas inteligentes
Sensores monitoram a ocupação da sala, temperatura, umidade, barulho, níveis de luz enquanto os controladores ajustam o HVAC, iluminação, e aparelhos automaticamente com base nas condições e padrões de uso para melhorar o conforto, segurança e eficiência energética.
Saúde Inteligente
As baixas necessidades de energia e a conectividade de área ampla do NB-IoT são ideais para melhorar o atendimento ao paciente por meio de monitoramento remoto durante o tratamento. Um sistema de localização de quedas baseado em NB-IoT permite a notificação precoce se pacientes em risco tentarem ficar de pé ou mover-se por conta própria. A equipe de atendimento pode ser alertada para ajudar o paciente prontamente.
As aplicações se estendem a quase todos os setores, desde transporte, para energia, Educação, varejo, entre outros. Quase tudo que precisa de conectividade de longo prazo para transmissões de dados de baixa largura de banda é uma opção potencial para NB-IoT.
Comparações entre NB-IoT e outras LPWANs
Embora existam outras opções de rede IoT com baixo consumo de energia, NB-IoT combina pontos fortes que o tornam o principal concorrente para uma ampla variedade de implantações. Aqui comparamos NB-IoT com três outras tecnologias de rede de área ampla de baixa potência amplamente utilizadas – LTE-M, Sigfox e LoRaWAN:
NB-IoT vs LTE-M
NB-IoT e LTE-M são tecnologias celulares LPWAN padronizadas por 3GPP para IoT. Contudo, LTE-M suporta maior largura de banda de 1,4 MHz com taxas de dados de pico mais rápidas de até 1 Mbps. LTE-M também permite total mobilidade e suporte de voz, ao contrário do NB-IoT. Mas a desvantagem é que o LTE-M consome mais energia, apesar de otimizações como PSM e eDRX.
No geral, LTE-M se adapta a aplicações sensíveis à latência que precisam de maior largura de banda, enquanto o NB-IoT é ideal para dispositivos estáticos ou de movimento lento, enviando pequenas quantidades de dados não críticos em termos de tempo. LTE-M exige pagamento de royalties aos detentores de patentes, mas o NB-IoT evita custos de gateway aproveitando o espectro celular existente. Os padrões são complementares para diferentes casos de uso de IoT – LTE-M para comunicação robusta e NB-IoT para ultra conservação de energia.
NB-IoT vs LoRa
As principais diferenças são que o NB-IoT opera em espectro celular licenciado como 4G LTE, enquanto LoRa usa espectro não licenciado nas bandas ISM. Isto significa que o NB-IoT se beneficia da segurança e confiabilidade das redes celulares, enquanto LoRa oferece mais flexibilidade, pois qualquer pessoa pode implantar sua própria rede LoRa.
NB-IoT também tem menor latência e maior rendimento que LoRa. Contudo, LoRa tem um alcance maior, menor consumo de energia, e menores custos de módulo. LoRaWAN prioriza minimizar o consumo de energia, conseguindo até 15+ anos de vida útil da bateria.
NB-IoT versus Sigfox
Sigfox é outra tecnologia LPWAN concorrente que usa espectro não licenciado nas bandas de rádio ISM. Ele usa modulação de banda ultra estreita para fornecer comunicações de longo alcance usando muito pouca energia.
Uma diferença fundamental entre NB-IoT e Sigfox é que NB-IoT tem maior largura de banda, taxas de dados mais altas, e menor latência em comparação com Sigfox. NB-IoT pode oferecer rendimento de até 250 kbps com latência inferior a 10s. Sigfox tem taxa de transferência máxima de 100 bps e latência típica de 1 a 30 segundos. A transferência de dados também não tem canal de retorno para os dispositivos.
Contudo, Sigfox tem algumas vantagens em termos de simplicidade e cobertura global. As redes Sigfox são mais fáceis de implantar e já alcançaram ampla cobertura global. A cobertura NB-IoT depende de construções LTE celulares, portanto pode ser mais limitada.
| NB-IoT | LTE-M | LoRa | Sigfox | |
| estandardização | 3PPG | 3PPG | Aliança LoRa | ETSI |
| Largura de banda | 200 KHz | 1.4 MHz | 250 KHz | 100 Hz |
| Frequência | Licenciado | Licenciado | Sem licença | Sem licença |
| Taxa de transferência de dados | <250kbps | <1Mbps | <10kbps | <100bps |
| Latência | Médio | Baixo | Médio | Médio |
| Gestão de Mobilidade | ❌ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Cobertura Estendida | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Consumo de energia | Médio Baixo (Maior que LoRa) | Médio (Superior ao NB-IoT) | muito baixo | Baixo |
| Possíveis redes privadas | Não | Não | sim | Não |
| Custo do Módulo | $7-12 | $10-15 | $9-12 | $5-10 |
| Custo de rádio | $ | $$$ | $ | $ |
Perguntas frequentes sobre NB-IoT
Existe uma taxa para usar Narrowband-IoT?
sim – os planos de dados são adquiridos de operadoras de celular semelhantes aos smartphones. Contudo, dados os pequenos tamanhos dos pacotes, os custos podem estar bem abaixo $1 por dispositivo mensalmente. As taxas variam entre as operadoras com base em fatores como contagem de dispositivos e uso de dados.
O NB-IoT está focado na eficiência energética??
Absolutamente – 10+ um ano de vida útil da bateria é alcançável, permitindo terminais totalmente operados por bateria. Combinado com cobertura aprimorada, isso permite aplicações que antes não eram possíveis.
Qual é a taxa de latência das transmissões IoT de banda estreita?
A maioria das transferências de dados é concluída dentro 1-10 segundos. Para necessidades sensíveis a atrasos sob 1 segundo, LTE-M é provavelmente a melhor opção.
