Esineiden Internetistä (IoT) on tullut ydinteknologia eri laitteiden yhdistämiseen esimerkiksi kulutuksen, teollisuuden, terveydenhuollon ja älykkäiden kaupunkien aloilla. Analyytikot ennustavat, että vuoteen 2030 mennessä yli 25 miljardia laitetta tarvitsee luotettavan ja skaalautuvan verkkoyhteyden.
Näiden laitteiden liittäminen taloudellisesti tehokkaalla,-energiaa säästävällä ja vakaalla tavalla on haaste. Perinteiset langattomat tekniikat, kuten Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee ja LTE/5G, eivät pysty täysin täyttämään näitä erityisvaatimuksia.
HUOM-IoT pyrkii kuromaan umpeen tämän kuilun. HUOM-IoT määritteli 3GPP LTERelease13:ssa, ja sitä on jatkuvasti optimoitu myöhemmissä versioissa. Se on pienitehoinen-laajaverkko (LPWAN), joka toimii lisensoidulla taajuudella. HUOM-IoT on erityisesti suunniteltu tukemaan massiivista kone-tyyppistä viestintää (mMTC). Tällä hetkellä NB{11}}IoT:tä on sovellettu esimerkiksi älykkäiden kaupunkien, julkisten laitosten, logistiikan, maatalouden ja terveydenhuollon aloilla.
Esineiden internetin laajentumisen kohtaamat yhteyshaasteet
Esineiden Internetin (iot) käyttöönoton laajentaminen kohtaa useita keskeisiä haasteita:
Virrankulutus: Monet esineiden internet (iot) -laitteet ovat akkukäyttöisiä-, mutta ne asennetaan yleensä paikkoihin, joissa akun vaihtaminen on kallista tai epäkäytännöllistä. Nämä laitteet vaativat akun käyttöiän 5–10 vuotta todellisen lähetysjakson aikana.
Peittoalue: Laitteet asennetaan yleensä kellariin, tunneleihin tai maaseutualueille, joissa Wi{0}}Fi:n ja Low Energyn Bluetoothin (BLE) kaltaiset tekniikat eivät pysty tarjoamaan luotettavia yhteyksiä. Siksi laaja peitto ja syvä tunkeutuminen sisätiloihin ovat erittäin tärkeitä.
Kustannukset ja skaalautuvuus: Kaupunkikäyttöön voi liittyä satoja tuhansia päätesolmuja. Laitemoduulien on oltava halpoja (yksi-numeroisia dollareita), ja verkon on tuettava jokaista tukiasemaa kymppien tuhansien laitteiden yhdistämiseksi samanaikaisesti.
Wi-Fi kuluttaa liikaa virtaa, eikä se sovellu pitkäaikaiseen-akkuvirtalähteeseen. BLE:n ja Zigbeen lähetysetäisyys on rajoitettu. Vaikka LTE/5G:n suorituskyky on erinomainen, sitä ei ole optimoitu monien esineiden internet-sovellusten tyypilliseen alhaiseen datamäärään ja{5}}matalien taajuuksien siirtoon.
NB-IoT:n tekninen perusta
HUOM-IoT perustuu olemassa olevaan LTE-infrastruktuuriin, mutta yksinkertaistaa sitä, mikä vähentää monimutkaisuutta ja virrankulutusta. Se toimii kolmessa tilassa:
Itsenäinen verkkotila: Käytetään uudelleen jaetulle GSM-taajuudelle.
Taajuustilassa-: otettu käyttöön olemassa olevan LTE-operaattorin resurssilohkossa.
Suojauskaistatila: Käytetty käyttämättömillä suojakaistoilla LTE-operaattorien välillä.
NB-IoT-radiomoduuli on yksinkertaisempi ja halvempi, ja sen kanavakaistanleveys on vain 180 kHz. Pääominaisuuksiin kuuluvat:
Laajennettu kattavuus: Parannettu linkkibudjetti mahdollistaa sen toiminnan monimutkaisissa ympäristöissä, kuten kellareissa ja syrjäisillä alueilla.
Energiansäästötilat -(PSM ja eDRX) : Laite voi säilyttää verkkorekisteröintitilansa, mutta pysyä lepotilassa pitkään ja herää vain, kun tiedonsiirtoa tarvitaan. Tämä voi vähentää tyhjäkäynnin virrankulutusta mikroampeeritasolle ja pidentää akun käyttöikää yli 10 vuoteen.
Tehokas ajoitus: Kapeakaistaisen uplink-yhteyden käyttö signaalin toistolla varmistaa pienten datakuormien (tavuista kilotavuihin) vakaan siirron. Viivealue on useista sadasta millisekunnista useisiin sekunteihin, mikä sopii useimpiin telemetrian sovelluksiin.
Laitteiden tiheys: Yksi NB-IoT-solu voi tukea jopa 50 000 laitetta, mikä mahdollistaa suuren-tiheyden kaupunkikäytön.
Suojaus: HUOM-IoT perii tehokkaan 3GPP-tietoturvakehyksen, mukaan lukien SIM-kortti-pohjaisen todennuksen, salauksen ja eheyssuojauksen.
Suorituskyky: Tiedonsiirtonopeus on kymmeniä kbps, optimoitu pienille ja harvoille tiedonsiirtoille.
Käytännön sovellus
Älykäs mittaus
Yleishyödylliset yritykset ovat yksi NB-IoT-tekniikan tärkeimmistä sovellusaloista. NB-IoT:tä tukevat vesi- ja kaasumittarit ovat korvanneet manuaalisen mittariluennan ja voivat siirtää tietoja luotettavasti jopa syvällä sisätiloissa, kuten kellareissa. Tämä parantaa laskutuksen tarkkuutta, helpottaa vuotojen havaitsemista ja minimoi manuaaliset toiminnot suurimmassa määrin. Vodafone ja muut eurooppalaiset operaattorit ovat ottaneet käyttöön miljoonia NB-IoT-älymittareita.
Omaisuuden seuranta ja logistiikka
HUOM-IoT-anturit voivat seurata tavaroiden sijaintia ja tilaa, mukaan lukien ympäristön seuranta. Verrattuna vain GPS:ää käyttäviin ratkaisuihin näiden antureiden akun käyttöikä on pidentynyt huomattavasti. Esimerkiksi China Mobile on ottanut käyttöön NB-IoT-teknologian tuhansissa kylmäketjukuorma-autoissa, mikä vähentää lastihäviöitä yli 15 %.
Ympäristön seuranta
Kaupungit ottavat käyttöön NB-IoT-antureita valvomaan ilmanlaatua, melusaastetta ja veden tasoa. Intiassa NB-IoT:n vedenkorkeusanturit voivat varoittaa tulvasta, mikä osoittaa tämän tekniikan mahdollisuudet alhaisten ylläpitokustannusten ja kunnallisen-mittakaavan käyttöönoton muodossa.
Älykäs infrastruktuuri
HUOM-IoT integroidaan älykkäisiin katuvaloihin, pysäköintimittareihin ja roskakoriin. Wienissä älykkäät katuvalot käyttävät NB-IoT:tä valaistuksen säätämiseen toimintaolosuhteiden mukaan, mikä vähentää virrankulutusta 30 %. Älykäs roskakori ilmoittaa jätehuoltoon, kun se on täynnä, mikä optimoi reittiä ja säästää polttoainetta.
Terveydenhuolto ja puettavat laitteet
HUOM-IoT voidaan yhdistää laitteisiin, kuten etäverensokerimittareihin, sydämentahdistimiin ja henkilökohtaisiin hätäpainikkeisiin. Maaseudun telelääketieteen pilottiprojektissa käytetään NB-IoT:tä potilaiden seurantaan alueilla, joilla laajakaistapeitto on riittämätön, mikä vähentää potilaiden tarvetta käydä sairaaloissa.
Maatalous
Maaperän kosteusanturit ohjaavat viljelijöitä laatimaan kastelusuunnitelmia vedenkäytön minimoimiseksi ja sadon lisäämiseksi. Karjan kaulapannat voivat seurata reaaliaikaista-eläinten sijaintia ja terveydentilaa, mikä mahdollistaa tehokkaamman karjanhallinnan.
Vertailu muihin pienitehoisiin{0}}laajaverkkotekniikoihin (LPWAN).
LoRaWAN ja Sigfox ovat kaksi yleistä LPWAN-tekniikkaa, jotka toimivat lisensoimattomalla taajuudella. LoRaWAN soveltuu erittäin hyvin käyttöön omistetuissa verkoissa, kun taas Sigfox tarjoaa laajan kattavuuden verkko-operaattoreidensa kautta. Verrattuna lisensoituun spektriteknologiaan molemmat ovat kuitenkin herkkiä häiriöille, ja niillä voi olla rajoituksia nousevan siirtotien kapasiteetin ja operaattoreiden pitkän aikavälin -tuen suhteen.
Sitä vastoin NB-IoT käyttää lisensoitua taajuutta tarjoten operaattorin-luotettavuutta, maailmanlaajuista standardointia ja pitkäkestoista-tukea matkapuhelinverkko-operaattoreille pitäen sen linjassa LTE-M:n ja 5G:n kehityssuunnan kanssa. Siksi NB-IoT sopii erittäin hyvin operaattoreiden hallinnoimiin julkisiin verkkoihin, kun taas LoRaWAN tarjoaa tyypillisesti enemmän joustavuutta yksityisten yritysten verkoille.
Tekniset suunnittelunäkökohdat
HUOM-IoT täydentää muita langattomia standardeja, kuten BLE, Wi-Fi tai Thread, eikä korvaa niitä, ja se on yleensä rinnakkain niiden kanssa hybridikäytöissä. Insinöörien on punnittava IoT:n etuja ja rajoituksia:
Viive: Muutaman sekunnin viive ei koske sovelluksia, jotka vaativat reaaliaikaista-ohjausta.
Liikkuvuus: Solujen välisen -vaihdon tuki on rajoitettu, joten HUOM-IoT sopii parhaiten kiinteisiin tai vähän liikkuviin{2}}laitteisiin.
Suorituskyky: Tiedonsiirtonopeus on rajoitettu kymmeniin kbps, joten se ei sovellu suuriin-data-määriin.
Operaattoririippuvuus: Kattavuus ja toiminnallinen saatavuus vaihtelevat operaattorin ja alueen mukaan.
Tehokas NB{0}}IoT:n käyttöönotto vaatii erityistä huomiota seuraaviin seikkoihin:
Akun kemia: Huolellista valintaa vaaditaan, esimerkiksi pitkäikäisten-litiumtionyylikloridi-akkujen tai superkondensaattorien käyttö tehopulssien siirron tukemiseksi.
Antennirakenne: Vaikka pieniä antenneja voidaan käyttää, ne on säädettävä huolellisesti, kun ne asennetaan maan alle tai metallikoteloon parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi.
Moduulien valinta: Insinöörien on sovitettava moduulin toiminnot ja tuetut taajuusalueet verkko-operaattorin infrastruktuuriin.
Laiteohjelmistopäivitys: OTA-päivitykset (OTA) on suoritettava asteittain ja tehokkaasti energian ja kaistanleveyden säästämiseksi.
Jos kehität uusia NB-IoT-integroituja piirejä tai moduuleja, T2M:llä on pii-varmennettu IP-osoite, mikä voi lyhentää tuotteidesi markkinoilletuloaikaa ja vähentää kehitysriskejä.
Sääntely- ja käyttöönottonäkökohdat
Huom-IoT käyttää lisensoitua taajuutta ja sen on tehtävä yhteistyötä mobiiliverkko-operaattoreiden kanssa. Insinöörien on tunnettava taajuuksien jakaminen, paikalliset määräykset ja käyttöönottoluvat. Spektrilisensointi varmistaa ennustettavan suorituskyvyn ja vähentää häiriöitä, mikä on keskeinen etu luvattomiin LPWAN-ratkaisuihin verrattuna. Lisäksi operaattorisopimukset ja palvelutason takuut ovat ratkaisevan tärkeitä missio-kriittisen kaupunki-tason käyttöönotossa sellaisilla aloilla kuin yleishyödylliset palvelut, terveydenhuolto ja teollisuus.
Integrointi uusiin teknologioihin
Huom-IoT integroituu yhä enemmän muihin teknologioihin tehokkaiden hybridiratkaisujen luomiseksi:
Hybridiyhteys: Laitteet voivat käyttää NB-IoT:tä pilvikäyttöön ja yhdistää lyhyen-kantaman protokollia, kuten BLE, Matter tai Thread paikallisten laitteiden yhteentoimivuuden saavuttamiseksi.
Edge-äly: HUOM-IoT-laitteet, jotka on integroitu pienitehoisiin-AI-kiihdyttimiin, voivat käsitellä tietoja paikallisesti. Esimerkiksi teollisuusvärinäanturit voivat analysoida tärinäkuvioita paikan päällä-ja lähettää vain poikkeavia hälytyksiä, mikä säästää merkittävästi kaistanleveyttä.
Satelliittiintegraatio: Huom{0}}IoT-moduuleja testataan matalan Earth Orbit (LEO) -satelliittien kanssa, jotta ne tarjoavat yhteyksiä merenkulku-, kaivos- ja maatalouden etäsovelluksiin.
Tietoturvan kehitys: Post{0}}kvanttisalauksen tutkimuksella pyritään kehittämään kevyitä, kvantti-kestäviä algoritmeja, jotka voivat toimia NB-IoT-laitteissa, mikä parantaa verkon kykyä vastustaa uusia uhkia.
Toimiala 4.0: NB-IoT:n skaalautuvuus ja korkea energiatehokkuus mahdollistavat sen, että se pystyy rakentamaan tiiviitä anturiverkkoja älykkäissä tehtaissa, mukaan lukien kunnonvalvontaanturit, sähkömittarit ja logistiikkatunnisteet.
Tulevaisuuden näkymät
HUOM-IoT on sisällytetty 5G MTC:n tiekarttaan, mikä varmistaa sen jatkuvan kehityksen ja kehityksen. Sen integrointi hybridiverkkoihin, reunalaskentaan, satelliittiyhteyksiin ja Industry 4.0:aan tekee siitä perustavanlaatuisen teknologian skaalautuvalle, vähätehoiselle esineiden internet-ekosysteemille. Kun kaupungit ja teollisuudenalat ottavat käyttöön älykkäämmän infrastruktuurin, NB-IoT:n odotetaan muodostuvan tehokkaaksi ja kustannustehokkaaksi{7}}yhteysratkaisuksi tulevina vuosikymmeninä.
NB-IoT:n soveltaminen suuren-mittakaavan iot-käyttöön
HUOM-IoT on suunniteltu erityisesti täyttämään suurien-internet-sovellusten perusvaatimukset: korkea energiatehokkuus, laaja kattavuus, laaja-skaalautuvuus ja vahva tietoturva. Se täyttää keskeisen aukon perinteisten langattomien protokollien ja patentoidun LPWANin välillä tarjoamalla operaattoritason maailmanlaajuisesti standardoituja ratkaisuja.
Sen käytännön sovellus esimerkiksi älykkäässä mittauksessa, ympäristön seurannassa, logistiikassa, terveydenhuollossa ja maataloudessa on osoittanut tehokkuutensa erilaisissa sovellusskenaarioissa. Huolimatta rajoituksistaan viiveen, liikkuvuuden ja suorituskyvyn suhteen, huom
Koska verkkoon on kytketty miljardeja laitteita, on erittäin tärkeää, että insinöörit, jotka kehittävät vakaita ja tulevaisuuteen{0}}suuntautuneita järjestelmiä, ymmärtävät NB-IoT:n edut ja haitat, käyttöönottoteknologiat ja integrointimahdollisuudet.
