Всеобъемлющее руководство по узкополосному Интернету вещей 2024

Содержание списка тем

Что такое узкополосный интернет вещей?
Почему NB-IoT?
Технология будущего
Каковы преимущества NB-IoT?
Методы оптимизации энергопотребления NB-IoT
NB-IoT по сравнению с другими технологиями Интернета вещей
Насколько безопасна эта технология NB-IoT
В чем разница между GSM и NB-IoT?
Что такое стандарт NB-IoT?
NB-IoT Для стационарных устройств
Приложения NB-IoT и примеры их использования
Заключение

 

Что такое узкополосный интернет вещей?

Узкополосный интернет вещей, сокращенно NB-IoT, - это технология сотовой связи, ориентированная на подключение повседневных объектов к Интернету, позволяющая передавать небольшие объемы данных в течение более длительных периодов времени. Эта технология NB-IoT, разработанная компанией 3GPP, является ключевым компонентом стандарта радиотехнологий глобальной сети с низким энергопотреблением (LPWAN). Разработка технологии NB-IoT позволила устранить отсутствие стандарта, охватывающего широкий спектр устройств и услуг сотовой связи. Технология NB-IoT была в основном ориентирована на покрытие внутри помещений, низкую стоимость, длительное время автономной работы и высокую плотность подключения. Однако узкополосный интернет вещей также зарекомендовал себя как отличный выбор и в отношении других спецификаций.

Узкополосный интернет вещей был разработан таким образом, чтобы соответствовать функциям LTE. Это позволило интегрировать технологию NB-IoT в уже распространенные сети LTE, продемонстрировав универсальность и применимость NB-IoT в различных сценариях Интернета вещей.

Почему NB-IoT?

Как правило, при отсутствии надлежащего покрытия “подключение” объектов является утомительной задачей, учитывая такие соображения, как абсолютная необходимость высокой мощности для обеспечения быстрой передачи данных, что, в свою очередь, всегда приводит к постоянному разряду аккумулятора. Сотовый интернет вещей традиционно предназначен для передачи больших объемов данных и считается идеальным решением для проектов передачи данных с низкой пропускной способностью на базе датчиков. В результате они точно не считаются идеальными для передачи небольших объемов нечастых данных.

NB-IoT, как будущий драйвер Интернета вещей, устраняет все эти недостатки. Эта технология сотовой связи особенно ориентирована на взаимодействие между устройствами, которым требуется передача данных в минимальных количествах, но в течение более длительных периодов времени. Эта технология, управляемая данными, позволяет подключить любое стационарное устройство к Интернету вещей, что делает ее идеальной технологией для применения со статическими датчиками. NB-IoT может сосуществовать с такими сетями, как 2G, 3G и 4G, и извлекать выгоду из функций безопасности и конфиденциальности мобильных сетей. Именно поэтому он также считается лучшей альтернативой безлицензионным технологиям LPWAN, таким как SigFox и LoRa.

Технология будущего

Как упоминалось ранее, технология NB-IoT разработана с учетом всего, чего не хватает традиционным технологиям сотовой связи, и именно поэтому она признана технологией будущего. Компания 3GPP определила NB-IoT как менее дорогой вариант, чем LTE-M, с дополнительными преимуществами в виде широкого диапазона, долговечности и способности поддерживать большое количество устройств в диапазоне всего 200 кГц спектра. Это означает, что он быстро становится популярным среди широкого спектра устройств, начиная от накопителей и ветряных турбин и заканчивая детекторами дыма и системами интеллектуальной парковки. NB-IoT обеспечивает более глубокое проникновение в здания, чем LTE-M, что достигается за счет низких битрейтов. Он также предлагает лучшие бюджеты каналов для NB-IoT.

NB-IoT работает в лицензированном спектре и считается высокозащищенным. Он был приобретен с учетом столь необходимой экономии за счет масштаба для Интернета вещей. Эффективность и рентабельность, связанные с NB-IoT, будут определять будущую популярность этой технологии сотовой связи.

Каковы преимущества NB-IoT?

Список преимуществ NB-IoT
Более высокая скорость передачи данных и более низкое энергопотребление в NB-IoT
Узкополосный IoT, или NB-IoT, работает в полосе пропускания 200 кГц, обеспечивая впечатляющую скорость передачи данных - до 250 Кбит / с. Эта функция особенно полезна в приложениях Интернета вещей, где небольшие пакеты данных передаются с перерывами на короткие расстояния. Целенаправленный акцент NB-IoT на более низких скоростях передачи данных напрямую способствует исключительной энергоэффективности и экологичности решений Интернета вещей.

Передовые Методы оптимизации мощности
NB-IoT использует два важнейших метода энергосбережения: режим энергосбережения (PSM) и расширенный прерывистый прием (eDRX). Эти инновационные функции играют решающую роль в повышении энергоэффективности устройств Интернета вещей. Они значительно продлевают срок службы батареи и снижают затраты на техническое обслуживание, что делает NB-IoT отличным выбором для крупномасштабного развертывания Интернета вещей.

Соблюдение открытых стандартов для бесшовной интеграции
Строго придерживаясь глобальных открытых стандартов, NB-IoT обеспечивает интероперабельность и совместимость широкого спектра устройств и сетей. Это соответствие способствует бесшовной интеграции решений Интернета вещей, способствуя широкому внедрению технологии NB-IoT в экосистеме Интернета вещей.

Использование лицензированного спектра для безопасного подключения
Работа в лицензированном спектре гарантирует, что сети NB-IoT остаются безопасными, надежными и свободными от помех. Это ключевой фактор для критически важных приложений Интернета вещей, которым требуется постоянное и надежное подключение.

Интеграция с существующими сетями сотовой связи для повышения экономической эффективности
NB-IoT использует существующую инфраструктуру сотовой сети, обеспечивая стратегическое преимущество, позволяющее быстро и с минимальными затратами развертывать решения Интернета вещей. Это устраняет необходимость в дополнительных инвестициях в сеть, сокращая как время, так и ресурсы.

Сосуществование с несколькими технологиями сотовой связи для обеспечения универсальности
NB-IoT тщательно разработан для гармоничного сочетания с различными существующими технологиями сотовой связи. Такая универсальность делает NB-IoT отличным и гибким вариантом для широкого спектра приложений Интернета вещей.

Превосходное проникновение внутрь помещений для городских условий и внутри помещений
Благодаря своим исключительным возможностям проникновения, NB-IoT очень эффективен в городских условиях и внутри помещений. Он превосходно передает сигналы через толстые стены или достигает подземных помещений, обеспечивая надежное подключение к Интернету вещей.

Экономичные компоненты для экономичных решений
Использование недорогих компонентов в устройствах NB-IoT позиционирует эту технологию как экономически выгодный выбор для широкого спектра приложений Интернета вещей. Такая экономическая эффективность снижает барьеры для входа как для предприятий, так и для потребителей.

Повышенная безопасность и надежность для чувствительных приложений Интернета вещей
NB-IoT предлагает надежные протоколы безопасности и неизменно надежное подключение, что делает его идеальным выбором для приложений Интернета вещей, которые обрабатывают конфиденциальные данные или требуют непрерывного присутствия в Сети.

Увеличенный срок службы батареи и сниженное энергопотребление
Стремление NB-IoT к минимизации энергопотребления приводит к значительному увеличению срока службы батарей для устройств Интернета вещей. Это снижает потребность в частой замене батарей, способствуя устойчивому использованию Интернета вещей и экономии средств.

Широкий Диапазон покрытия для широкого Географического охвата
Впечатляющая способность NB-IoT охватывать обширные территории, включая отдаленные и сельские районы, делает его идеальной технологией для приложений Интернета вещей, требующих обширного географического охвата. Это открывает возможности для инновационных решений в различных географических условиях.

Методы оптимизации энергопотребления NB-IoT

PSM (режим энергосбережения)
Функция режима энергосбережения позволяет сотовому модему отключать радиосвязь и переводит устройство в спящий режим. PSM имеет следующие ключевые особенности:

PSM mode is similar to off mode, but the UE remains registered with the network.
There is no need to reattach itself to the network after it wakes up, which allows prolonged battery life.
T3324 and T3412 are the two preferred timings when a device initiates PSM with the network
A device can stay in the PSM cycle for a max of 12 hours on the T-Mobile NB network. A device is unreachable during this period.
After MO access and data transfer has been completed, devices that are in PSM mode would start an active timer.

PSM (режим энергосбережения)
eDRX (Расширенный прерывистый прием)
Расширенный прерывистый прием, также называемый eDRX, позволяет устройствам Интернета вещей снижать энергопотребление. Их можно использовать без PSM или в сочетании с PSM для получения дополнительной экономии электроэнергии. eDRX имеет следующие ключевые моменты:

eDRX работает за счет увеличения циклов DRX, позволяя устройствам дольше оставаться в режиме энергосбережения между “вызовами страниц”. Это последовательно минимизирует потребление энергии.
Устройство держит свою приемную часть выключенной в течение определенного периода времени, в течение которого оно не захватывает страницы или нисходящие ссылки из каналов управления.
Когда UE (устройство) активно, приемник начнет прослушивать физический канал управления.
Через определенные промежутки времени устройство становится доступным для сервисов MT.
Не требует первоначального выполнения RAU или TAU для запуска ограниченного периода доступности.
При заданном интервале запуска eDRX работает лучше, чем режим PSM, когда требуется меньшая достижимость.PSM работает лучше, чем eDRX, когда требования к достижимости находятся в том же диапазоне, что и интервал запуска.

PSM (режим энергосбережения)
Режимы работы NB-IoT
1. Автономный
Автономный режим использует автономную несущую, например, спектр, используемый в настоящее время системами пограничной сети радиодоступа GSM (GERAN) в качестве замены одной или нескольких несущих GSM. Он используется в случаях, когда услуги сотовой связи отсутствуют или выведены из эксплуатации, чтобы сделать доступным узкополосный спектр, как в случае сотовой связи GSM. Реструктуризация одной или нескольких операторов GSM для обеспечения трафика NB-IoT обеспечивает плавный переход к LTE для массовой связи машинного типа.

2. Защитная лента
Этот режим использует неиспользуемые блоки ресурсов в пределах защитной полосы оператора LTE. Он используется в случаях, когда доступны услуги сотовой связи, а NB-IoT присутствует в защитной полосе LTE.

3. Внутриполосный
Этот режим использует блоки ресурсов в пределах обычного оператора LTE. Он используется в случаях, когда доступны услуги сотовой связи, а NB-IoT присутствует в защитной полосе LTE. Этот режим работы является экономически выгодным и бесперебойным для операторов мобильной связи, поскольку он не требует каких-либо изменений аппаратного обеспечения и эффективно использует ресурсы спектра для услуг LTE или NB-IoT в зависимости от спроса со стороны мобильных пользователей или устройств.

Готовая стать доминирующей технологией LPWAN, позволяющей создавать перспективные решения
NB-IoT обладает впечатляющим сроком службы батареи в 10 лет, что стало возможным благодаря таким методам оптимизации энергопотребления, как eDRX и PSM. Но впечатляющее время автономной работы окажется бесполезным, если технология решит сдаться раньше, чем через так провозглашенные десять лет. Таким образом, разработка технологии, обеспечивающей бесперебойное подключение, плавное и эффективное использование одной и той же батареи в течение целого десятилетия, является серьезной задачей, связанной с NB-IoT.

 

 NB-IoT по сравнению с другими технологиями Интернета вещей

Поддерживает ли NB-IoT развертывание 5G?
Является ли NB-IoT 5G? NB-IoT и LTE-M, первоначально разработанные для стандарта 4G LTE, превратились в неотъемлемые компоненты платформы 5G, включая их интеграцию в модули 5G IoT. 3GPP, организация, отвечающая за основные стандарты мобильной связи, включая 5G NR и более ранние технологии, такие как NB-IoT и LTE-M, официально включила NB-IoT и LTE-M в стандарт 5G. Это включение знаменует значительный прогресс в технологии 5G, особенно для приложений с низким энергопотреблением в глобальных сетях (LPWAN). Вопреки более раннему восприятию NB-IoT как технологии, эксклюзивной для 4G, теперь она признана важнейшим элементом системы 5G, соответствующим возможностям 5G NR. Ожидается, что NB-IoT, являясь частью экосистемы модулей интернета вещей 5G, станет выдающимся решением для подключения широкого спектра маломощных устройств Интернета вещей. Стандарты 3GPP признали роль NB-IoT в 5G и изучают методы интеграции устройств NB-IoT с базовой сетью 5G, чему способствует технология 5G NR. Этот прогресс позволяет операторам мобильной связи привести свои стратегии LPWAN в соответствие с достижениями в области 5G, включая развертывание модулей 5G IoT. Признание NB-IoT в рамках 3GPP и его совместимость с 5G NR подчеркивают его важность в продолжающемся развитии технологии 5G. В частности, ожидается, что в выпуске 16 3GPP будет подробно описано внутриполосное развертывание NB-IoT наряду с 5G NR в спектре 5G, что соответствует требованиям IMT-2020 к 5G.

Насколько безопасна эта технология NB-IoT

NB-IoT использует защищенные выделенные каналы связи, использование которых обеспечивает конфиденциальность и целостность данных. Шифрование данных дополнительно повышает безопасность этой технологии. NB-IoT использует протокол UDP, который отвечает требованиям безопасности при обмене данными. Кроме того, операторы мобильной связи могут управлять безопасными соединениями, используя защищенную виртуальную частную сеть (VPN), подключенную к платформе операторов, создавая путь от устройства к облачному серверу клиентов.

В чем разница между GSM и NB-IoT?

В контексте технологии сотовых сетей, в частности при сравнении Глобальной системы мобильной связи (GSM) с узкополосным Интернетом вещей (NB-IoT), наблюдается заметная разница в мощности передачи по восходящей линии и спектральной эффективности. NB-IoT, ключевой игрок в сфере подключения к Интернету вещей, демонстрирует максимальную мощность передачи для своего восходящего терминала, которая на 10 дБ ниже, чем у GSM, традиционного стандарта сотовой связи. Несмотря на столь низкую мощность передачи, меньшая минимальная планируемая ширина полосы пропускания NB-IoT, 3,75 К или 15 К, приводит к тому, что спектральная плотность мощности восходящей линии связи выше на 0,8-6,9 дБ по сравнению с GSM. Этот аспект подчеркивает эффективность и специализированный дизайн NB-IoT для приложений Интернета вещей, обеспечивающий повышенную производительность с точки зрения использования спектра по сравнению с обычной сетью GSM.

Что такое стандарт NB-IoT?

NB-IoT, или узкополосный Интернет вещей, - это специализированный стандарт беспроводной связи, разработанный компанией 3GPP, всемирно признанным авторитетом в области стандартов мобильной связи, охватывающий как технологии 4G, такие как LTE, так и технологии 5G, такие как 5G NR.

Работая в том же диапазоне частот ниже 6 ГГц, что и 4G LTE, NB-IoT отличается тем, что разработан специально для приложений Интернета вещей, в отличие от своего аналога 4G LTE и более ранних беспроводных технологий. Этот акцент на IoT разделяется с LTE-M, еще одним стандартом, разработанным для целей Интернета вещей. В конструкции NB-IoT приоритет отдается аспектам, имеющим решающее значение для подключения к Интернету вещей, таким как эффективное энергопотребление, расширенное покрытие и способность поддерживать большое количество устройств с низкой пропускной способностью, что делает его идеальным решением для различных сценариев интернета вещей. Этот уникальный подход позиционирует NB-IoT как ключевой элемент в расширяющемся ландшафте сетей Интернета вещей, способствующий росту экосистем интернета вещей во всем мире.

NB-IoT Для стационарных устройств

NB-IoT не полностью поддерживает мобильность (LTE-M также поддерживает голосовую связь), в отличие от LTE-M, начиная с версии 3GPP 13 (версия 14 имеет некоторые улучшения, как и во многих характеристиках NB-IoT).

NB-IoT в основном используется в приложениях и вариантах использования с фиксированными (стационарными) активами и устройствами, в то время как он также может использоваться в движущихся объектах и устройствах. Существуют определенные приложения, такие как приложения NB-IoT в реальном времени с трекерами, приложения для совместного использования велосипедов, экологические приложения с движущимися компонентами, интеллектуальная логистика и т.д.

С NB-IoT устройству необходимо повторно выбирать ячейки по мере перемещения; но с LTE-M это не так. Таким образом, он гораздо меньше подходит для мобильных устройств (а повторный выбор элементов питания влияет на срок службы батареи, поскольку она потребляет электроэнергию). В целом, основные средства, такие как интеллектуальные счетчики или терминалы торговых точек, являются типичной областью NB-IoT, но не единственной – и для ‘настоящей бесшовной мобильности’ это LTE-M.

Приложения NB-IoT и примеры их использования

Эта технология широкополосной сотовой связи с низким энергопотреблением работает из любого места, от места в самом центре города, где подключение к сети максимально надежно, до глубоких подземных туннелей, проникнуть в которые гораздо сложнее. NB-IoT широко известен своей энергоэффективностью и экономичностью, что делает его очевидным выбором для широкого спектра применений.

Интеллектуальный Замер
NB-IoT может быть использован при использовании передовой измерительной инфраструктуры, которая обеспечивает двустороннюю связь между счетчиком и пользователем без физического присутствия монитора. NB-IoT может облегчить прямое управление и мониторинг устройств из любого конкретного места в соответствии с удобством владельца оборудования.

Умные города
Сфера применения NB-IoT неограниченна, когда речь идет об умных городах. От Автоматическое Уличное Освещение Для Разумное управление отходами Для Умная ПарковкаВозможности, открывающиеся для использования NB-IoT, неисчислимы. Другие приложения включают подключенные службы экстренной помощи, мониторинг погоды и дорожного движения.

Умные Дома И Коммерческая Недвижимость
NB-IoT может подключаться к датчикам, которые предназначены для оповещения пользователей при возникновении сбоев в оптимально установленных параметрах, таких как контроль доступа и управление идентификацией, температура в помещении, детекторы дыма, средства управления освещением, уровень кислорода в закрытых помещениях, оповещения о вторжении и пожарная сигнализация.

Здравоохранение/ Электронное здравоохранение
Технология NB-IoT может воплотить в жизнь идею подключенных персональных устройств, которые измеряют параметры здоровья. Эти приборы, в основном в виде носимых устройств, оказываются большим подспорьем для пожилых людей, которые нуждаются в постоянном контроле параметров своего здоровья. NB-IoT является наиболее надежным и осуществимым вариантом, когда необходимо регулярно измерять и анализировать такие параметры, как кровяное давление и частота сердечных сокращений.

Отрасли 4.0
NB-IoT в качестве базовой технологии используется в различных промышленных приборах, от инструментов точного земледелия в сельскохозяйственном секторе до интеллектуальных полок в секторе подключенной розничной торговли. NB-IoT обеспечивает автоматизацию производства и мониторинг оборудования в режиме реального времени. Передовые характеристики этой технологии позволяют заводам и складам эффективно интегрировать процессы и оборудование за счет принятия решений в режиме реального времени и повышения эффективности.

Энергетика И Коммунальные услуги
С помощью технологии NB-IoT вы можете легко обуздать чрезмерное потребление электроэнергии и водных ресурсов, тем самым сократив любые связанные с этим потери. Эта технология оказывается исключительно полезной при установке оборудования в подземных туннелях, подвалах и местах проведения земляных работ. NB-IoT обладает способностью легко расшифровывать показания счетчика, выдавая любую неясную информацию, связанную с утечкой или затруднением потока.

Сельскохозяйственная промышленность
В сельскохозяйственной промышленности NB-IoT может помочь вам постоянно отслеживать состояние роста ваших сельскохозяйственных культур и состояние домашнего скота посредством принятия решений на основе данных. Интеллектуальные датчики почвы и аналитика с поддержкой NB-IoT могут помочь автоматизировать фермерские процессы, такие как орошение и внесение удобрений, с помощью точного земледелия, предоставляя регулярные обновления о заданных условиях.

Индустрия розничной торговли
Начиная с управления цепочками поставок и заканчивая логистикой, NB-IoT внесла свой вклад в оптимизацию множества аспектов розничной торговли. NB-IoT может упростить отслеживание активов организации при условии, что отслеживание носит непостоянный характер. Эта технология считается идеальной в случаях, когда отслеживание осуществляется на большие расстояния и потребляет мало энергии.

Заключение

NB-IoT быстро становится популярным среди операторов связи, производителей оборудования и пионеров отрасли. Согласно данным, опубликованным GSMA в марте 2019 года, в общей сложности 140 операторов в 69 странах инвестируют в сети NB-IoT; при этом 88 операторов в 50 странах успешно развернули свои сети. Основными рынками NB-IoT являются Европа, Северная Америка, Азиатско-Тихоокеанский регион, Латинская Америка и Ближний Восток. Схема распространения NB-IoT изначально была сосредоточена в Европе, но теперь они распространились по всему миру: Северная Америка, Азиатско-Тихоокеанский регион, Латинская Америка и Ближний Восток.

NB-IoT превратился в ключевую технологию, поддерживающую беспроводное подключение в лицензированном спектре к устройствам (статическим или мобильным). Устройства Интернета вещей преобразуют пропускную способность беспроводной сети и увеличат спрос на покрытие по мере перехода от статических датчиков к мобильным датчикам с ограниченными задержками. Кроме того, по оценкам Strategy Analytics, в 2020 году будет развернуто более 3 миллиардов подключенных устройств. Необходимость развития сети радиодоступа и внедрения услуг NB-IoT имеет решающее значение для операторов мобильной связи и потребителей, использующих IoT.

Свяжитесь с НАМИ, чтобы прокомментировать и получить решение для ваших IoT-проектов!