Lietu internets (IoT) ir kļuvis par galveno tehnoloģiju dažādu ierīču savienošanai tādās jomās kā patēriņš, rūpniecība, veselības aprūpe un viedās pilsētas. Analītiķi prognozē, ka līdz 2030. gadam vairāk nekā 25 miljardiem ierīču būs nepieciešama uzticama un mērogojama piekļuve tīklam.
Kā savienot šīs ierīces ekonomiski efektīvā,{0}}enerģiju taupošā un stabilā veidā, ir izaicinājums. Tradicionālās bezvadu tehnoloģijas, piemēram, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee un LTE/5G, nevar pilnībā apmierināt šīs īpašās prasības.
NB-IoT mērķis ir pārvarēt šo plaisu. NB-IoT definēja 3GPP programmā LTERelease13, un tas ir nepārtraukti optimizēts nākamajās versijās. Tas ir mazjaudas-plašā apgabala tīkls (LPWAN), kas darbojas licencētā spektrā. NB-IoT ir īpaši izstrādāts, lai atbalstītu masveida{9}}mašīnas tipa komunikāciju (mMTC). Pašlaik NB{11}}IoT tiek izmantots tādās jomās kā viedās pilsētas, komunālie pakalpojumi, loģistika, lauksaimniecība un veselības aprūpe.
Savienojuma problēmas, ar kurām saskaras lietiskā interneta paplašināšanās
Lietu interneta (iot) ieviešanas paplašināšana saskaras ar vairākiem galvenajiem izaicinājumiem:
Enerģijas patēriņš: daudzas lietiskā interneta (iot) ierīces darbojas ar akumulatoru{0}}, taču tās parasti tiek uzstādītas vietās, kur akumulatora nomaiņa ir dārga vai nepraktiska. Šīm ierīcēm ir nepieciešams akumulatora darbības laiks no 5 līdz 10 gadiem faktiskā pārraides cikla laikā.
Pārklājuma zona: aprīkojums parasti tiek uzstādīts pagrabos, tuneļos vai lauku apvidos, kur tādas tehnoloģijas kā Wi-Fi un Low Energy Bluetooth (BLE) nevar nodrošināt uzticamus savienojumus. Tāpēc liela nozīme ir plašam pārklājumam un dziļai iespiešanās iespējai telpās.
Izmaksas un mērogojamība: Pilsētas izvēršana var ietvert simtiem tūkstošu termināļa mezglu. Aprīkojuma moduļiem ir jābūt lētiem (viena cipara{1}}dolāros), un tīklam ir jāatbalsta katra bāzes stacija, lai vienlaikus varētu savienot desmitiem tūkstošu ierīču.
Wi-Fi patērē pārāk daudz enerģijas un nav piemērots ilgstošai-akumulatora barošanai. BLE un Zigbee pārraides attālums ir ierobežots. Lai gan LTE/5G veiktspēja ir lieliska, tā nav optimizēta daudzu lietu interneta lietojumprogrammu tipiskajam zemajam datu apjomam un zemas{5}}frekvences pārraidei.
NB{0}}IoT tehniskais pamats
NB-IoT pamatā ir esošā LTE infrastruktūra, taču tā tiek vienkāršota, tādējādi samazinot sarežģītību un enerģijas patēriņu. Tas darbojas trīs režīmos:
Atsevišķs tīkla režīms: izvietots pārdalītajā GSM spektrā.
Joslas režīmā-: izvietots esoša LTE operatora resursu blokā.
Aizsardzības joslas režīms: izvietots neizmantotās aizsardzības joslās starp LTE nesējiem.
NB-IoT radio modulis ir vienkāršāks un lētāks, un tā kanāla joslas platums ir tikai 180 kHz. Galvenās funkcijas ietver:
Paplašināts pārklājums: uzlabotais saišu budžets ļauj tai darboties sarežģītās vidēs, piemēram, pagrabos un attālos apgabalos.
Enerģijas-taupīšanas režīmi (PSM un eDRX) : ierīce var saglabāt tīkla reģistrācijas statusu, bet ilgu laiku palikt neaktivizētā stāvoklī, pamostoties tikai tad, kad ir nepieciešama datu pārraide. Tas var samazināt dīkstāves enerģijas patēriņu līdz mikroampēru līmenim un pagarināt akumulatora darbības laiku līdz vairāk nekā 10 gadiem.
Efektīva plānošana: šaurjoslas augšupsaites izmantošana ar signāla atkārtošanos nodrošina stabilu mazu datu slodzes (baiti uz kilobaiti) pārraidi. Aizkaves diapazons ir no vairākiem simtiem milisekundēm līdz vairākām sekundēm, kas ir piemērots lielākajai daļai telemetrijas lietojumprogrammu.
Ierīces blīvums: viena NB{0}}IoT šūna var atbalstīt līdz pat 50 000 ierīču, tādējādi nodrošinot liela-blīvuma izvietošanu pilsētās.
Drošība: NB-IoT pārmanto jaudīgo 3GPP drošības sistēmu, tostarp uz SIM kartes-pamatotu autentifikāciju, šifrēšanu un integritātes aizsardzību.
Caurlaidība: datu pārraides ātrums ir desmitiem kbps, optimizēts mazai un retai datu pārraidei.
Praktisks pielietojums
Inteliģenta mērīšana
Komunālo pakalpojumu uzņēmumi ir viena no galvenajām NB-IoT tehnoloģijas pielietojuma jomām. Ūdens skaitītāji un gāzes skaitītāji, kas atbalsta NB-IoT, ir aizstājuši manuālo skaitītāju nolasīšanu un var droši pārsūtīt datus pat dziļās iekštelpās, piemēram, pagrabos. Tas uzlabo norēķinu precizitāti, atvieglo noplūžu noteikšanu un maksimāli samazina manuālās darbības. Vodafone un citi Eiropas operatori ir izvietojuši miljoniem NB-IoT viedo skaitītāju.
Aktīvu izsekošana un loģistika
NB-IoT sensori var izsekot preču atrašanās vietai un statusam, tostarp vides monitoringam. Salīdzinot ar risinājumiem, kas izmanto tikai GPS, šo sensoru akumulatora darbības laiks ir ievērojami pagarināts. Piemēram, uzņēmums China Mobile ir izvietojis NB-IoT tehnoloģiju tūkstošiem aukstās ķēdes kravas automašīnu, samazinot kravas zudumus par vairāk nekā 15%.
Vides monitorings
Pilsētās tiek izmantoti NB-IoT sensori, lai uzraudzītu gaisa kvalitāti, trokšņa piesārņojumu un ūdens līmeni. Indijā NB-IoT ūdens līmeņa sensori var nodrošināt brīdinājumus par plūdiem, demonstrējot šīs tehnoloģijas potenciālu zemu uzturēšanas izmaksu un pašvaldības-mēroga izvietošanas ziņā.
Inteliģenta infrastruktūra
NB-IoT tiek integrēts viedajās ielu lampās, parkošanās skaitītājos un atkritumu tvertnēs. Vīnē viedās ielu lampas izmanto NB-IoT, lai pielāgotu apgaismojumu atbilstoši aktivitātes apstākļiem, tādējādi samazinot enerģijas patēriņu par 30%. Viedā miskaste paziņos atkritumu savākšanas dienestam, kad tā būs pilna, tādējādi optimizējot maršrutu un ietaupot degvielu.
Veselības aprūpes un valkājamas ierīces
NB-IoT var savienot ar tādām ierīcēm kā attālināti glikozes līmeņa asinīs monitori, elektrokardiostimulatori un personīgās avārijas pogas. Lauku telemedicīnas izmēģinājuma projektā tiek izmantots NB-IoT, lai uzraudzītu pacientus apgabalos ar nepietiekamu platjoslas pārklājumu, tādējādi samazinot vajadzību pacientiem apmeklēt slimnīcas.
Lauksaimniecība
Augsnes mitruma sensori palīdz lauksaimniekiem izstrādāt apūdeņošanas plānus, lai samazinātu ūdens patēriņu un palielinātu ražu. Mājlopu kaklasiksnas var izsekot reāllaikā{1}}dzīvnieku atrašanās vietai un veselības stāvoklim, tādējādi panākot efektīvāku ganāmpulka pārvaldību.
Salīdzinājums ar citām mazjaudas{0}}plašā apgabala tīkla (LPWAN) tehnoloģijām
LoRaWAN un Sigfox ir divas galvenās LPWAN tehnoloģijas, kas darbojas nelicencētā spektrā. LoRaWAN ir ļoti piemērots izvietošanai specializētos tīklos, savukārt Sigfox piedāvā plašu pārklājumu, izmantojot savus tīkla operatorus. Tomēr, salīdzinot ar licencētu spektra tehnoloģiju, abas ir neaizsargātas pret traucējumiem, un tām var būt ierobežojumi attiecībā uz augšupsaites jaudu un ilgtermiņa atbalstu no operatoru puses.
Turpretim NB-IoT izmanto licencētu spektru, nodrošinot mobilo sakaru tīklu operatoru-pakāpju uzticamību, globālu standartizāciju un ilgtermiņa atbalstu{2}}, saglabājot to saskaņā ar LTE-M un 5G attīstības virzienu. Tāpēc NB-IoT ir ļoti piemērots publiskajiem tīkliem, ko pārvalda operatori, savukārt LoRaWAN parasti piedāvā lielāku elastību privāto uzņēmumu tīkliem.
Inženierprojektēšanas apsvērumi
NB-IoT drīzāk papildina, nevis aizstāj citus bezvadu standartus, piemēram, BLE, Wi-Fi vai Thread, un parasti pastāv līdzās tiem hibrīdos izvietojumos. Inženieriem ir jāizvērtē NB-IoT priekšrocības un ierobežojumi:
Aizkave: dažu sekunžu aizkave nav piemērojama lietojumprogrammām, kurām nepieciešama reāllaika{0}}kontrole.
Mobilitāte: atbalsts starp-šūnu pārslēgšanai ir ierobežots, tāpēc NB-IoT ir vispiemērotākais fiksētajām vai maz{2}}mobilajām ierīcēm.
Caurlaidspēja: datu pārraides ātrums ir ierobežots līdz desmitiem kb/s, tāpēc tas nav piemērots liela-datu-apjoma lietojumprogrammām.
Operatora atkarība: pārklājums un funkcionālā pieejamība atšķiras atkarībā no operatora un reģiona.
Efektīvai NB{0}}IoT izvietošanai īpaša uzmanība jāpievērš šādiem aspektiem.
Akumulatora ķīmija: ir nepieciešama rūpīga atlase, piemēram, izmantojot ilgstošas-litija tionilhlorīda baterijas vai superkondensatorus, lai atbalstītu jaudas impulsu pārraidi.
Antenas dizains: lai gan var izmantot mazas antenas, tās ir rūpīgi jānoregulē, kad tās tiek izvietotas pazemē vai metāla korpusā, lai sasniegtu vislabāko veiktspēju.
Moduļa izvēle: inženieriem ir jāsaskaņo moduļa funkcijas un atbalstītās frekvenču joslas ar tīkla operatora infrastruktūru.
Programmaparatūras atjauninājums: lai ietaupītu enerģiju un joslas platumu, tie ir jāveic pakāpeniski un efektīvi.
Ja izstrādājat jaunas NB-IoT integrētās shēmas vai moduļus, T2M ir silīcija-verificēts IP, kas var saīsināt laiku, kas nepieciešams jūsu produktu nonākšanai tirgū, un samazināt attīstības riskus.
Normatīvie un izvietošanas apsvērumi
NB-IoT izmanto licencētu spektru, un tam ir jāsadarbojas ar mobilo sakaru tīklu operatoriem. Inženieriem ir jāpārzina spektra piešķiršana, vietējie noteikumi un izvietošanas atļaujas. Spektra licencēšana nodrošina paredzamu veiktspēju un samazina traucējumus, kas ir galvenā priekšrocība salīdzinājumā ar bezatļautiem LPWAN risinājumiem. Turklāt operatoru līgumi un pakalpojumu līmeņa garantijas ir ļoti svarīgi, lai misijas{4}}kritiskās pilsētas-līmenī ieviestu pakalpojumus tādās nozarēs kā komunālie pakalpojumi, veselības aprūpe un rūpniecība.
Integrācija ar jaunajām tehnoloģijām
NB-IoT arvien vairāk integrējas ar citām tehnoloģijām, lai radītu jaudīgus hibrīda risinājumus.
Hibrīdsavienojums: ierīces var izmantot NB-IoT mākoņa piekļuvei un kombinēt neliela-diapazona protokolus, piemēram, BLE, Matter vai Thread, lai panāktu vietējo ierīču savietojamību.
Edge intelekts: NB-IoT ierīces, kas integrētas ar mazjaudas-AI paātrinātājiem, var apstrādāt datus lokāli. Piemēram, rūpnieciskie vibrācijas sensori var analizēt vibrācijas modeļus-vietnē un nosūtīt tikai neparastus brīdinājumus, tādējādi ievērojami ietaupot joslas platumu.
Satelītu integrācija: NB{0}}IoT moduļi tiek testēti ar zemas Zemes orbītas (LEO) satelītiem, lai nodrošinātu savienojumus jūrniecības, kalnrūpniecības un attālās lauksaimniecības vajadzībām.
Drošības attīstība: pēc-kvantu kriptogrāfijas izpētes mērķis ir izstrādāt vieglus, kvantu-izturīgus algoritmus, kas var darboties NB-IoT ierīcēs, tādējādi uzlabojot tīkla spēju pretoties jauniem draudiem.
Nozare 4.0: NB-IoT mērogojamība un augstā energoefektivitāte ļauj tai izveidot blīvus sensoru tīklus viedās rūpnīcās, tostarp stāvokļa uzraudzības sensorus, elektroenerģijas skaitītājus un loģistikas tagus.
Nākotnes perspektīva
NB-IoT ir iekļauts 5G MTC ceļvedī, nodrošinot tā nepārtrauktu attīstību un attīstību. Tā integrācija ar hibrīdtīkliem, malu skaitļošanu, satelīta savienojamību un Industry 4.0 padara to par pamattehnoloģiju mērogojamai, mazjaudas lietiskā interneta ekosistēmā. Pilsētām un nozarēm ieviešot viedāku infrastruktūru, ir paredzams, ka nākamajās desmitgadēs IoT kļūs par spēcīgu un rentablu savienojamības risinājumu.
NB{0}}IoT pielietojums liela mēroga-iot izvietošanā
NB-IoT ir īpaši izstrādāts, lai atbilstu liela mēroga-lietiskā interneta lietojumprogrammu pamatprasībām: augsta energoefektivitāte, plašs pārklājums, liela-mērogojamība un spēcīga drošība. Tas aizpilda galveno plaisu starp tradicionālajiem bezvadu protokoliem un patentētu LPWAN, nodrošinot mobilo sakaru operatora -pakāpes globāli standartizētus risinājumus.
Tās praktiskā pielietošana tādās jomās kā viedā uzskaite, vides uzraudzība, loģistika, veselības aprūpe un lauksaimniecība ir pierādījusi savu efektivitāti dažādos pielietojuma scenārijos. Neraugoties uz latentuma, mobilitātes un caurlaidspējas ierobežojumiem, NB-IoT joprojām ir svarīga papildu tehnoloģija liela-enerģijas-lietu interneta tīklu izveidei.
Tā kā tīklam ir pievienoti miljardiem ierīču, inženieriem, kas izstrādā stabilas un uz nākotni{0}}orientētas sistēmas, ir ļoti svarīgi izprast NB-IoT priekšrocības un trūkumus, izvietošanas tehnoloģijas un integrācijas potenciālu.
