Narrowband IoT (NB-IoT) è un protocollo Internet of Things (IoT) wireless che utilizza la tecnologia LPWAN (Low Power Wide Area Network). È stato sviluppato da 3GPP per la comunicazione wireless cellulare che abilita un'ampia gamma di nuovi dispositivi e servizi NB-IoT. NB-IoT è uno dei tre principali standard 3GPP LPWAN.
Lo standard di comunicazione NB-IoT ha lo scopo di consentire ai dispositivi IoT di operare tramite reti portanti, all'interno di un'onda portante di comunicazione GSM (Global System for Mobile) esistente, in una "banda di guardia" inutilizzata tra i canali LTE o indipendentemente.
Uno degli obiettivi di NB-IoT è aumentare l'estensione della copertura oltre a ciò che offrono le tecnologie cellulari esistenti. Per fare ciò, NB-IoT offre ripetizioni di trasmissione e diverse configurazioni di allocazione della larghezza di banda nella trasmissione uplink.
NB-IoT può abilitare un'ampia gamma di nuovi dispositivi e servizi IoT. NB-IoT riduce il consumo di energia dei dispositivi collegati, aumentando la capacità del sistema e l'efficienza della larghezza di banda, in particolare in luoghi che non sono facilmente coperti dalle tecnologie cellulari tradizionali. I dispositivi connessi NB-IoT possono avere una durata della batteria di oltre 10 anni per molti casi d'uso.
Ad oggi, 159 operatori hanno investito in NB-IoT con 107 reti distribuite / lanciate in tutto il mondo.
Come funziona NB-IoT?
NB-IoT è uno standard di trasmissione dati progettato per consentire ai dispositivi di operare nelle reti di operatori di telefonia mobile. La tecnologia NB-IoT utilizza segnali a bassa larghezza di banda per comunicare all'interno delle tecnologie GSM e LTE esistenti.
Dispositivi e sensori appositamente progettati sono i componenti di base nei sistemi NB-IoT. Questi dispositivi raccolgono informazioni dall'ambiente circostante e le trasmettono alle stazioni base NB-IoT o ai nodi di trasmissione. Le singole stazioni base sono collegate a un gateway IoT e ai server di applicazioni cloud IoT per il monitoraggio centralizzato e l'analisi dei dati.
NB-IoT utilizza un nuovo livello fisico con segnali e canali per soddisfare i requisiti di copertura estesa nelle aree rurali e in ambienti interni profondi, consentendo al contempo una complessità del dispositivo molto bassa. La tecnologia sottostante è molto meno complessa di quella dei moduli GSM / GPRS.
Supportato da tutti i principali produttori di apparecchiature mobili, chipset e moduli, NB-IoT può esistere insieme alle reti mobili 2G, 3G e 4G.
Quali sono i vantaggi di NB-IoT?
I vantaggi di NB-IoT includono:
- Copertura e connettività onnipresenti. NB-IoT può aiutare a supportare un numero enorme di dispositivi stabilendo reti NB-IoT in grado di connettersi a miliardi di nodi. Progettato per una copertura estesa in interni, la minore complessità dei dispositivi fornisce connettività e comunicazione a lungo raggio.
- Basso consumo energetico. NB-IoT non ha bisogno di eseguire un sistema operativo pesante, come Linux, o di eseguire molta elaborazione del segnale, il che lo rende più efficiente dal punto di vista energetico rispetto ad altre tecnologie cellulari.
- Basso costo dei dispositivi. Poiché è più facile creare dispositivi con minore complessità, il costo dei dispositivi è notevolmente basso, circa $ 5 per modulo.
- Durata della batteria di più anni. La capacità di consumo energetico potenziato consente a NB-IoT di supportare una durata della batteria pluriennale per i dispositivi.
- Sicurezza. NB-IoT è protetto in modo molto simile al 4G, comprese tutte le funzionalità di crittografia e autenticazione basata su SIM.
Esempi di applicazioni NB-IoT
NB-IoT può essere utilizzato per le seguenti applicazioni:
- Misurazione intelligente. NB ‑ IoT funziona bene per il monitoraggio dei contatori di acqua e gas tramite trasmissioni di dati regolari e di piccole dimensioni. La copertura della rete è un problema importante nell'introduzione di contatori intelligenti poiché i contatori sono spesso installati in luoghi difficili, come il sottosuolo, nelle cantine o in aree rurali remote. La copertura e la penetrazione NB ‑ IoT sono in grado di risolvere questo problema.
- Città intelligenti. NB ‑ IoT può aiutare i governi locali a controllare l'illuminazione stradale, determinare quando i bidoni della spazzatura devono essere svuotati, identificare i parcheggi liberi, monitorare le condizioni ambientali e controllare le condizioni delle strade.
- Edifici intelligenti. I sensori connessi NB ‑ IoT possono inviare avvisi ai responsabili delle strutture in merito a problemi di manutenzione degli edifici. Esistono anche sistemi di monitoraggio della temperatura interna basati su sensori NB-IoT. NB ‑ IoT può servire per eseguire il backup della connessione a banda larga di un edificio.
- Monitoraggio. NB ‑ IoT fornisce un modo sicuro ed economico per monitorare persone, animali e risorse quando il monitoraggio continuo non è necessario. NB-IoT è utile per tracciare oggetti che potrebbero non essere in movimento tutto il tempo.
- Agricoltura intelligente. La connettività NB ‑ IoT consente agli agricoltori e alle città di acquisire dati da sensori ambientali contenenti moduli NB ‑ IoT che possono inviare avvisi se accade qualcosa di insolito. Questi sensori potrebbero essere utilizzati per monitorare la temperatura e l'umidità del suolo, nonché per tracciare gli attributi di terra, inquinamento, rumore e pioggia.
Un elenco di esempi per applicazioni NB-IoT.
NB-IoT contro Cat-M1
Le due principali tecnologie che supportano enormi implementazioni IoT sono NB-IoT e Cat-M1. Sebbene NB-IoT e Cat-M1 siano entrambe tecnologie standardizzate 3GPP, affrontano diversi tipi di casi d'uso in base ai punti di forza delle loro capacità.
NB-IoT supporta dispositivi a bassissima complessità con larghezza di banda molto stretta, 200 kHz. A causa della larghezza di banda ridotta, la velocità dei dati raggiunge un picco di circa 250 kilobit al secondo (Kbps).
Cat-M1, d'altra parte, opera a una larghezza di banda di 1.4 MHz con una maggiore complessità del dispositivo e a un costo maggiore rispetto a NB-IoT. Con la larghezza di banda più ampia, Cat-M1 può ottenere una latenza inferiore, velocità di trasmissione dati maggiori (fino a 1 megabit al secondo) e capacità di posizionamento del dispositivo più accurate.
I dispositivi NB-IoT e Cat-M1 possono dormire per lunghi periodi di tempo con una ricezione discontinua estesa, un metodo utilizzato nelle comunicazioni mobili per risparmiare la batteria di un dispositivo mobile. Sia NB-IoT che Cat-M1 supportano anche una maggiore copertura del segnale per stazione base.
NB-IoT contro LTE-M
LTE-M, o "comunicazioni di tipo macchina (MTC) a lungo termine (LTE)", è uno standard tecnologico LPWAN introdotto da 3GPP nella versione 13.
LTE-M è la tecnologia 5G che supporta la complessità del dispositivo semplificato, il basso consumo energetico del dispositivo, l'enorme densità di connessione e la bassa latenza. LTE-M fornisce anche una copertura estesa e consente il riutilizzo della base installata LTE.
L'implementazione LTE-M può essere eseguita "in banda" all'interno di un vettore LTE standard o "stand-alone" in uno spettro dedicato. Utilizza la tecnologia a spettro diffuso LTE gratuito. I produttori di dispositivi che desiderano implementare le reti cellulari attuali possono utilizzare LTE-M. D'altra parte, NB-IoT utilizza la tecnologia di modulazione dello spettro diffuso a sequenza diretta per la connettività rispetto alla tecnologia di diffusione LTE. NB-IoT può essere implementato anche nella banda di guardia di un operatore LTE.
Poiché NB-IoT è molto flessibile, può funzionare in banda 2G, 3G e 4G ed elimina la necessità di un gateway, che alla fine consente di risparmiare denaro.
NB-IoT offre una copertura interna migliorata, supporta un numero enorme di dispositivi a bassa velocità di trasmissione, bassa sensibilità al ritardo, basso consumo energetico del dispositivo, architettura di rete ottimizzata ed è molto conveniente.
LTE-M, tuttavia, è più costoso perché diversi grandi vettori hanno brevetti sulle tecnologie sottostanti e gli utenti LTE-M pagano royalties a queste società per la loro proprietà intellettuale.
NB-IoT contro LoRa
LoRa, che viene utilizzata come tecnologia WAN (Wide Area Network), è una tecnologia di modulazione non cellulare per LoRaWAN, il protocollo standard per le comunicazioni WAN.
Abbreviazione di lungo raggio, LoRa è un protocollo di comunicazione wireless a basso consumo ea lungo raggio sviluppato da LoRa Alliance, un'organizzazione senza scopo di lucro dedicata alla standardizzazione delle tecnologie LPWAN come standard IoT sicuro ed efficiente dal punto di vista energetico.
LoRa è una tecnologia di modulazione per LoRaWAN, una specifica LPWAN destinata alle comunicazioni a lungo raggio. LoRa e NB-IoT operano entrambi all'interno della tecnologia LPWAN.
Sebbene NB-IoT e LoRa siano entrambe tecnologie di reti geografiche a basso consumo create per dispositivi a basso consumo, NB-IoT ha una latenza inferiore rispetto a LoRa a causa della maggiore potenza di uscita del dispositivo, che può offrire velocità di trasmissione dati più elevate.
NB-IoT opera nello spettro concesso in licenza. Tuttavia, può essere implementato in banda all'interno di un normale vettore LTE o autonomo per implementazioni in uno spettro dedicato. Poiché la larghezza del canale è molto piccola, consente al segnale NB-IoT di seppellirsi all'interno di un canale LTE più grande, sostituire un canale GSM o esistere nei canali di guardia dei normali segnali LTE.
LoRaWAN è una tecnica di modulazione dello spettro esteso progettata per facilitare la comunicazione tra dispositivi a bassa potenza e applicazioni IoT. Il sistema wireless LoRa utilizza frequenze senza licenza disponibili in tutto il mondo per comunicare con una rete.
Un confronto delle applicazioni da considerare durante l'implementazione dell'IoT.
Le barriere all'NB-IoT stanno diventando una norma
Gli ostacoli al fatto che NB-IoT diventi una norma includono:
- Mobilità limitata del dispositivo. I dispositivi NB-IoT rimangono collegati solo all'interno di un ambiente finito e solo a un operatore di rete. Ciò potrebbe significare limitazioni per usi come i dispositivi indossabili che lasciano perimetri specifici. Se una persona con un dispositivo indossabile, ad esempio, entra in un altro paese, il dispositivo potrebbe diventare inutilizzabile se l'operatore non ha una presenza locale.
- Trasmissione dati limitata. La trasmissione vocale o video non è un'opzione perché NB-IoT può trasmettere solo meno di un kilobyte di dati al giorno, circa uguale a un messaggio di testo. La velocità di caricamento dei dati NB-IoT è di circa 20 Kbps, bassa rispetto alle tecnologie concorrenti. La sua larghezza di banda è di circa 200 KHz.
- Manca la prova del concetto. Poiché le implementazioni commerciali sono state relativamente limitate, è difficile determinare se la tecnologia ha avuto successo.