Узкополосный Интернет вещей: Все, что вам нужно знать о NB-IoT

От парового двигателя до заводской производственной линии, первые волны промышленной революции коренным образом изменили человеческую цивилизацию. Cегодня, мы стоим на пороге следующего, определяющего эпоху сдвига – появление Интернета вещей (IoT). тем не мение, чтобы революция Интернета вещей действительно произошла, требуется надежная связующая структура – тот, который может обеспечить обширное, надежное покрытие ожидаемых миллиардов датчиков и конечных точек. Вот где узкополосный Интернет вещей (NB-IoT) входит в кадр.

Так что же такое NB-IoT, и какие уникальные возможности предлагает этот стандарт узкополосной сотовой связи? И как это связано с существующими вариантами подключения к Интернету вещей? Давай нырнем.

Что такое узкополосный Интернет вещей?

Узкополосный Интернет вещей (NB-IoT) — это протокол LPWAN, стандартизированный 3GPP, позволяющий использовать широкий спектр новых устройств и услуг IoT, подключенных к сотовой сети..

Он предлагает выделенный беспроводной канал, оптимизированный для Интернета вещей.. Как подсказывает название, Узкополосный Интернет вещей использует очень узкую полосу пропускания., обеспечивает превосходное расширенное покрытие и максимально увеличивает срок службы батареи устройств. – Устройства NB-IoT могут достичь более 10 лет автономной работы.

Использование лицензированных диапазонов спектра, таких как диапазоны 4G LTE., NB-IoT оптимизирует их исключительно для подключения к Интернету вещей.. Путем перераспределения существующих диапазонов сотовой связи для использования NB-IoT вместо требования нового распределения спектра., эта технология может быть быстро внедрена операторами мобильной связи.

Превосходное расширение покрытия и исключительная энергоэффективность., NB-IoT позволяет широкому спектру новых устройств Интернета вещей доставлять обширные данные с минимальными затратами на обслуживание., преодоление двух ключевых препятствий на пути массового внедрения Интернета вещей. Быстрое глобальное развертывание уже идет., особенно в Азии, Европа и Северная Америка.

Архитектура узкополосного Интернета вещей и как она работает

NB-IoT был стандартизирован в 2016 посредством 3GPP в выпуске 13 для работы в лицензированных полосах спектра, принадлежащих операторам мобильной связи. Связь между устройствами NB-IoT и сетью происходит в назначенной узкой полосе частот 200 кГц., по сравнению с гораздо более широкими полосами частот, используемыми стандартной сотовой связью.

Архитектура NB-IoT состоит из конечных устройств. (датчики), базовые станции или точки доступа, базовая сеть и серверы/платформы приложений. Дополнительные компоненты, такие как шлюзы, могут использоваться для соединения узлов внутри зданий или под землей, когда прямой доступ невозможен..

NB-IoT имеет три различных режима развертывания для максимального покрытия различной инфраструктуры.:

1. Внутриполосный – Использует блоки ресурсов в рамках обычного оператора связи LTE.
2. охранная группа – Использует неиспользуемые блоки ресурсов в рамках обычного оператора связи LTE.
3. Автономный – Использует автономную несущую в выделенном спектре
4. 

Используя существующую сотовую инфраструктуру и спектр, NB-IoT обеспечивает эффективное решение Интернета вещей, поддерживаемое ведущими поставщиками оборудования и чипсетов по всему миру.. Он может сосуществовать с другими сотовыми технологиями, такими как 2G., 3грамм, 4грамм, LTE-M и 5G благодаря гибким моделям развертывания.

Каковы преимущества и ограничения NB-IoT

Узкополосный Интернет вещей предоставляет огромные возможности подключения, но также имеет некоторые технические ограничения.. Понимание как преимуществ, так и текущих недостатков позволяет правильно сформулировать ожидания и принять обоснованное решение о том, когда NB-IoT лучше всего подходит для приложения..

Преимущества узкополосного Интернета вещей

• Низкое энергопотребление– Сверхнизкое энергопотребление достигается за счет небольшой полосы пропускания и функций энергосбережения в периоды неактивной передачи, таких как PSM и eDRX.. Это обеспечивает более длительный срок службы батареи., необходим для удаленных устройств с ограниченным доступом к электропитанию.
• Расширенное покрытие и дальность действия– Использование узкополосного сигнала и повторной передачи пакетов, NB-IoT обеспечивает надежную связь внутри помещений и под землей. Дальность действия в городе достигает ~1 км., ~10 км в сельской местности – идеально подходит для удаленных устройств.
• Огромное количество подключений– Базовая станция NB-IoT может поддерживать более 50,000 устройства одновременно за счет эффективного планирования окон передачи и сна. Эта масштабируемость поддерживает массовое развертывание. – жизненно важно для крупномасштабных сетей Интернета вещей в инфраструктуре.
• Низкая стоимость устройства и развертывания– Путем минимизации сложности устройства до необходимого уровня подключения, Оборудование NB-IoT стоит в несколько раз дешевле модемов 4G/5G.. Небольшие тарифные планы также стоят дешевле. Без необходимости шлюза и с использованием существующих диапазонов, развертывание обходится гораздо дешевле, чем создание выделенных сетей LPWAN..

Ограничения узкополосного Интернета вещей

• Более низкая передача данных– NB-IoT имеет меньшую пропускную способность и скорость, чем LTE-M., отсутствие возможности для высокоскоростной передачи данных. Он не может поддерживать голосовые/видео приложения, требующие большой пропускной способности..
• Более высокая задержка– Сравните с 4G и 5G, NB-IoT испытывает большую задержку между передачей и получением пакетов данных. Это не оптимально для случаев использования, требующих реального времени., связь с низкой задержкой.
• Ограниченная мобильность устройства– С низкой пропускной способностью и низкой скоростью восходящей/нисходящей линии связи., NB-IoT лучше всего подходит для стационарных устройств или устройств с очень низкой мобильностью.. Быстрая передача обслуживания между сетевыми ячейками, такими как 4G-LTE и 5G, не поддерживается эффективно..
• Меньший глобальный охват– Развертывание NB-IoT все еще набирает обороты во многих регионах мира.. Меньше соглашений о роуминге для сетей NB-IoT, чем в настоящее время мобильный лимит обеспечивает бесперебойное покрытие по всему миру..

Безопасен ли NB-IoT или его можно взломать

NB-IoT использует проверенную структуру безопасности, определенную 3GPP для сетей LTE.. Это включает взаимную аутентификацию между устройством и сетью., беспроводное шифрование данных с помощью сеансовых ключей, и подписанные обновления прошивки. Дополнительные стратегии на уровне устройства, такие как защита от несанкционированного доступа и обнаружение аномалий, еще больше повышают безопасность..

Еще одним преимуществом соответствия стандартам 3GPP является то, что NB-IoT поддерживает как текущие протоколы безопасности, используемые в сотовых сетях, так и любые новые функции, добавленные в будущем..

Хотя ни одна технология не застрахована полностью от взлома или взлома., NB-IoT предлагает надежные стандартизированные меры безопасности наравне с современными мобильными сетями для защиты от целого ряда киберугроз, которые распространяются вплоть до периферийных устройств Интернета вещей..

Ключевые варианты использования и применения NB-IoT

Благодаря длительному времени автономной работы, обширный диапазон, передача небольших пакетов данных, и сильная безопасность – NB-IoT — идеальная технология для подключения датчиков, мониторы, и исполнительные механизмы в инфраструктурных системах, чтобы обеспечить:

Умный учет

Удаленное считывание газа в режиме реального времени, использование электричества и воды без необходимости ручных проверок. Аналитика позволяет лучше экономить энергию и обнаруживать утечки. Низкое энергопотребление и расширенный радиус действия NB-IoT подходят даже для сложных условий.

Умные Города

Экологические датчики качества воздуха/воды, звуковой мониторинг, переполнение мусорного бака, отслеживание парковочных мест, мониторинг инфраструктуры, и умное освещение, которое регулируется в зависимости от условий окружающей среды и потока людей..

Мониторинг окружающей среды

Фермерские поля, реки, дикая местность, и охраняемые заповедные территории могут контролироваться на предмет условий, операции с оборудованием, вторжения и т. д.. без обширной энергетической или коммуникационной инфраструктуры.

Умное Сельское хозяйство

Недорогие датчики влажности., мониторы оборудования, тестеры питательных веществ в почве, подключенные через NB-IoT, обеспечивают лучшую видимость для оптимизации полива, удобрения, и отслеживать урожай.

Отслеживание и управление активами

Доступные метки NB-IoT с батарейным питанием отслеживают местоположение и состояние транспортных средств., тяжелая техника, возвратные транспортные средства (поддоны, контейнеры), и инфраструктура удаленных активов.

Умные дома

Датчики контролируют занятость помещения, температура, влажность, шум, уровни освещенности, пока контроллеры регулируют систему отопления, вентиляции и кондиционирования, освещение, и приборы автоматически в зависимости от условий и особенностей использования для повышения комфорта, безопасность и энергоэффективность.

Smart Healthcare

Низкое энергопотребление и широкая зона подключения NB-IoT идеально подходят для улучшения ухода за пациентами за счет удаленного мониторинга во время лечения.. Система определения местоположения при падении, основанная на NB-IoT, позволяет заранее уведомлять, если пациенты из группы риска пытаются встать или передвигаться самостоятельно.. Медицинский персонал может быть предупрежден о необходимости незамедлительно оказать помощь пациенту..

Приложения распространяются практически на все отрасли, начиная с транспорта., энергии, образование, розничная торговля, среди прочего. Практически все, что требует долговременного подключения для передачи данных с низкой пропускной способностью, потенциально подходит для NB-IoT..

Сравнение NB-IoT и других LPWAN

NB-IoT против LTE-M

NB-IoT и LTE-M — это технологии сотовой связи LPWAN, стандартизированные 3GPP для IoT.. тем не мение, LTE-M поддерживает более высокую полосу пропускания на частоте 1,4 МГц с более высокой пиковой скоростью передачи данных до 1 Мбит/с.. LTE-M также обеспечивает полную мобильность и поддержку голосовой связи в отличие от NB-IoT.. Но компромисс заключается в том, что LTE-M потребляет больше энергии, несмотря на такие оптимизации, как PSM и eDRX..

В общем и целом, LTE-M подходит для чувствительных к задержке приложений, которым требуется более высокая пропускная способность, в то время как NB-IoT идеально подходит для статических или медленно движущихся устройств, отправляющих небольшие объемы некритичных ко времени данных.. LTE-M требует выплаты роялти правообладателям, но NB-IoT позволяет избежать затрат на шлюз за счет использования существующего спектра сотовой связи.. Стандарты дополняют друг друга для различных вариантов использования Интернета вещей. – LTE-M для надежной связи и NB-IoT для максимального энергосбережения.

NB-IoT против Lora

Ключевые различия заключаются в том, что NB-IoT работает в лицензированном диапазоне сотовой связи, например 4G LTE., в то время как LoRa использует нелицензионный спектр в диапазонах ISM. Это означает, что NB-IoT извлекает выгоду из безопасности и надежности сотовых сетей., в то время как LoRa предлагает большую гибкость, поскольку каждый может развернуть свою собственную сеть LoRa..

NB-IoT также имеет меньшую задержку и более высокую пропускную способность, чем LoRa.. тем не мение, LoRa имеет большую дальность действия, низкое энергопотребление, и более низкие затраты на модуль. LoRaWAN отдает приоритет минимизации энергопотребления, достижение до 15+ лет автономной работы.

NB-IoT против Sigfox

Sigfox — еще одна конкурирующая технология LPWAN, которая использует нелицензируемый спектр в радиодиапазонах ISM.. Он использует сверхузкую полосу модуляции для обеспечения связи на большие расстояния при минимальном энергопотреблении..

Ключевое различие между NB-IoT и Sigfox заключается в том, что NB-IoT имеет большую пропускную способность., более высокие скорости передачи данных, и меньшая задержка по сравнению с Sigfox. NB-IoT может обеспечить пропускную способность до 250 кбит/с с задержкой менее 10 с.. Sigfox имеет максимальную пропускную способность 100 бит/с и типичную задержку 1–30 с.. Передача данных также не имеет обратного канала обратно на устройства..

тем не мение, Sigfox имеет некоторые преимущества с точки зрения простоты и глобального охвата.. Сети Sigfox легче развернуть, и они уже достигли широкого охвата по всему миру.. Покрытие NB-IoT зависит от развертывания сотовой связи LTE, поэтому может быть более ограниченным..

Часто задаваемые вопросы о NB-IoT

Взимается ли плата за использование Narrowband-IoT?

да – тарифные планы приобретаются у операторов мобильной связи, как и у смартфонов. тем не мение, учитывая крошечные размеры пакетов, затраты могут быть значительно ниже $1 за устройство в месяц. Плата варьируется у разных операторов в зависимости от таких факторов, как количество устройств и использование данных..

Ориентирован ли NB-IoT на энергоэффективность??

Абсолютно – 10+ достижимый срок службы батареи в год, что позволяет использовать конечные точки, полностью работающие от батареи. В сочетании с расширенным охватом, это позволяет использовать приложения, которые ранее были невозможны.

Какова задержка узкополосной передачи IoT??

Большинство передач данных завершается в течение 1-10 секунд. Для чувствительных к задержке потребностей в соответствии с 1 второй, LTE-M, вероятно, подойдет лучше.