Интернет ствари (ИоТ) је постао основна технологија за повезивање различитих уређаја у областима као што су потрошња, индустрија, здравство и паметни градови. Аналитичари предвиђају да ће до 2030. године више од 25 милијарди уређаја захтевати поуздан и скалабилан приступ мрежи.
Како повезати ове уређаје на економски ефикасан,{0}}штедљив и стабилан начин је изазов. Традиционалне бежичне технологије као што су Ви-Фи, Блуетоотх, Зигбее и ЛТЕ/5Г не могу у потпуности да испуне ове специфичне захтеве.
НБ-ИоТ има за циљ да премости овај јаз. НБ-ИоТ је дефинисао 3ГПП у ЛТЕРелеасе13 и континуирано је оптимизован у наредним верзијама. То је -мрежа широког опсега мале снаге (ЛПВАН) која ради на лиценцираном спектру. НБ-ИоТ је посебно дизајниран да подржи комуникацију масовног машинског-типа (мМТЦ). Тренутно се НБ-ИоТ примењује у областима као што су паметни градови, јавна комунална предузећа, логистика, пољопривреда и здравство.
Изазови веза са којима се суочава експанзија Интернета ствари
Ширење примене Интернета ствари (иот) суочава се са неколико кључних изазова:
Потрошња енергије: Многи уређаји Интернета ствари (иот) се напајају{0}}батеријским, али се обично инсталирају на местима где је замена батерије скупа или непрактична. Овим уређајима је потребан век трајања батерије од 5 до 10 година током стварног циклуса преноса.
Област покривености: Опрема се обично инсталира у подрумима, тунелима или руралним областима, где технологије као што су Ви-Фи и Блуетоотх са ниском потрошњом енергије (БЛЕ) не могу да обезбеде поуздане везе. Због тога су широка покривеност и могућности дубоког продора у затвореном простору од виталног значаја.
Цена и скалабилност: Урбана примена може укључивати стотине хиљада терминалних чворова. Модули опреме морају бити јефтини (у једноцифреним-доларима), а мрежа мора да подржава сваку базну станицу да повеже десетине хиљада уређаја истовремено.
Ви-Фи троши превише енергије и није погодан за дуготрајно-напајање батерије. Удаљеност преноса БЛЕ и Зигбее-а је ограничена. Иако ЛТЕ/5Г има одличне перформансе, није оптимизован за типичан мали обим података и ниско{5}}пренос за многе апликације Интернета ствари.
Техничка основа НБ-ИоТ-а
НБ-ИоТ је заснован на постојећој ЛТЕ инфраструктури, али је поједностављује, чиме се смањује сложеност и потрошња енергије. Ради у три режима:
Режим самосталног умрежавања: Примењен у прераспоређеном ГСМ спектру.
У-појасном режиму: примењује се у оквиру блока ресурса постојећег ЛТЕ оператера.
Режим заштитног опсега: распоређен у неискоришћеним заштитним опсезима између ЛТЕ носилаца.
НБ-ИоТ радио модул је једноставнији и јефтинији, са пропусним опсегом канала од само 180 кХз. Главне карактеристике укључују:
Проширена покривеност: Побољшани буџет везе омогућава му да ради у сложеним окружењима као што су подруми и удаљена подручја.
Режими{0}}уштеде енергије (ПСМ и еДРКС) : Уређај може да задржи статус регистрације мреже, али да остане у стању мировања дуго времена, буди се само када је потребан пренос података. Ово може смањити потрошњу енергије у стању мировања на ниво микроампера и продужити век трајања батерије на више од 10 година.
Ефикасно планирање: Употреба ускопојасног уплинк-а са понављањем сигнала осигурава стабилан пренос малих корисних података (бајтова до килобајта). Опсег кашњења је од неколико стотина милисекунди до неколико секунди, погодан за већину телеметријских апликација.
Густина уређаја: Једна НБ-ИоТ ћелија може да подржи до 50.000 уређаја, омогућавајући тако-примену у градовима велике густине.
Безбедност: Напомена:-ИоТ наслеђује моћни безбедносни оквир 3ГПП, укључујући аутентификацију, шифровање и заштиту интегритета засновану на СИМ картици-.
Пропусност: Брзина преноса података је десетине кбпс, оптимизована за мали и ретки пренос података.
Практична примена
Интелигентно мерење
Јавна комунална предузећа су једно од главних области примене НБ-ИоТ технологије. Водомери и гасомери који подржавају НБ-ИоТ заменили су ручно очитавање бројила и могу поуздано да преносе податке чак и у дубоким затвореним просторима као што су подруми. Ово повећава тачност наплате, олакшава откривање цурења и минимизира ручне операције у највећој мери. Водафоне и други европски оператери су применили милионе НБ-ИоТ паметних бројила.
Праћење имовине и логистика
НБ-ИоТ сензори могу да прате локацију и статус робе, укључујући праћење животне средине. У поређењу са решењима која користе само ГПС, век трајања батерије ових сензора је значајно продужен. На пример, Цхина Мобиле је применио НБ-ИоТ технологију на хиљаде камиона хладног ланца, смањујући губитке терета за више од 15%.
Мониторинг животне средине
Градови примењују НБ-ИоТ сензоре за праћење квалитета ваздуха, загађења буком и нивоа воде. У Индији, НБ-ИоТ сензори нивоа воде могу да обезбеде упозорења о поплавама, демонстрирајући потенцијал ове технологије у смислу ниских трошкова одржавања и примене на општинском{3}}обу.
Интелигентна инфраструктура
НБ-ИоТ се интегрише у паметне уличне светиљке, паркинг метара и канте за отпатке. У Бечу, паметне уличне светиљке користе НБ-ИоТ за прилагођавање осветљења у складу са условима активности, чиме се смањује потрошња енергије за 30%. Паметна канта за смеће ће обавестити службу за одвоз смећа када је пуна, чиме ће оптимизовати руту и уштедети гориво.
Здравствена заштита и носиви уређаји
НБ-ИоТ може да се повеже са уређајима као што су даљински монитори глукозе у крви, пејсмејкери и лична дугмад за хитне случајеве. Пилот пројекат руралне телемедицине користи НБ-ИоТ за праћење пацијената у областима са недовољном покривеношћу широког пропусног опсега, чиме се смањује потреба пацијената да посећују болнице.
Пољопривреда
Сензори влаге у земљишту воде пољопривреднике у формулисању планова за наводњавање како би се смањила потрошња воде и повећали приноси усева. Огрлице за стоку могу да прате-локацију у реалном времену и здравствени статус животиња, чиме се постиже ефикасније управљање стадом.
Поређење са другим -мрежним мрежама мале снаге (ЛПВАН) технологијама
ЛоРаВАН и Сигфок су две главне ЛПВАН технологије које раде у нелиценцираном спектру. ЛоРаВАН је веома погодан за примену у наменским мрежама, док Сигфок нуди широку покривеност преко својих мрежних оператера. Међутим, у поређењу са лиценцираном технологијом спектра, обе су подложне сметњама и могу имати ограничења у погледу капацитета узлазне везе и дугорочне-подршке оператера.
Насупрот томе, НБ-ИоТ користи лиценцирани спектар, пружајући поузданост-поузданости, глобалну стандардизацију и дугорочну-подршку од стране оператера мобилних мрежа, држећи га у складу са правцем развоја ЛТЕ-М и 5Г. Стога је НБ-ИоТ веома погодан за јавне мреже којима управљају оператери, док ЛоРаВАН обично нуди већу флексибилност за мреже приватних предузећа.
Разматрања инжењерског дизајна
НБ-ИоТ је пре допуна него замена за друге бежичне стандарде као што су БЛЕ, Ви-Фи или Тхреад, и обично коегзистира са њима у хибридним применама. Инжењери морају да одвагају предности и ограничења НБ-ИоТ-а:
Кашњење: Кашњење од неколико секунди није примењиво на апликације које захтевају{0}}контролу у реалном времену.
Мобилност: Подршка за између-промена ћелија је ограничена, тако да је НБ-ИоТ најпогоднији за фиксне или-уређаје мале мобилности.
Проток: Брзина преноса података је ограничена на десетине кбпс, тако да није погодна за апликације великог{0}}обима података{1}}.
Зависност од оператера: Покривеност и функционална доступност варирају у зависности од оператера и региона.
Ефикасна НБ-примена ИоТ захтева посебну пажњу на следеће аспекте:
Хемија батерије: Потребан је пажљив избор, на пример, коришћење литијум тионил хлоридних батерија дугог трајања- или суперкондензатора да би се подржао пренос импулса снаге.
Дизајн антене: Иако се мале антене могу користити, потребно их је пажљиво подесити када су постављене под земљом или у металном кућишту да би се постигле најбоље перформансе.
Избор модула: Инжењери морају ускладити функције модула и подржане фреквентне опсеге са инфраструктуром мрежног оператера.
Ажурирање фирмвера: Ажурирања преко-без везе (ОТА) морају да се спроводе постепено и ефикасно да би се уштедела енергија и пропусни опсег.
Ако развијате нова НБ-ИоТ интегрисана кола или модуле, Т2М има силицијумски-верификован ИП, што може скратити време за пласирање ваших производа на тржиште и смањити развојне ризике.
Регулаторна разматрања и разматрања примене
Напомена-ИоТ користи лиценцирани спектар и треба да сарађује са оператерима мобилних мрежа. Инжењери морају бити упознати са доделом спектра, локалним прописима и дозволама за коришћење. Лиценцирање спектра обезбеђује предвидљиве перформансе и смањује сметње, што је кључна предност у односу на ЛПВАН решења без дозволе. Поред тога, уговори са оператерима и гаранције нивоа услуге су од кључне важности за примену на нивоу -критичних градова- у индустријама као што су комуналне услуге, здравство и индустрија.
Интеграција са новим технологијама
Напомена-ИоТ се све више интегрише са другим технологијама како би створио моћна хибридна решења:
Хибридна веза: Уређаји могу да користе НБ-ИоТ за приступ облаку и комбинују протоколе кратког домета-као што су БЛЕ, Маттер или Тхреад да би постигли интероперабилност локалног уређаја.
Едге интелигенција: НБ-ИоТ уређаји интегрисани са-убрзивачима вештачке интелигенције мале снаге могу да обрађују податке локално. На пример, индустријски сензори вибрација могу да анализирају шаблоне вибрација на-локацији и шаљу само ненормална упозорења, чиме значајно штеде пропусни опсег.
Интеграција сателита: НБ-ИоТ модули се тестирају са сателитима ниске орбите Земље (ЛЕО) како би се обезбедиле везе за поморске, рударске и удаљене пољопривредне апликације.
Еволуција безбедности: Истраживање у пост-квантној криптографији има за циљ развој лаких, квантно-отпорних алгоритама који могу да раде на НБ-ИоТ уређајима, чиме се побољшава способност мреже да се одупре новим претњама.
Индустрија 4.0: Скалабилност и висока енергетска ефикасност НБ-ИоТ-а омогућавају му да изгради густе сензорске мреже у паметним фабрикама, укључујући сензоре за праћење стања, бројила електричне енергије и логистичке ознаке.
Будући изгледи
НБ-ИоТ је уграђен у 5Г МТЦ мапу пута, обезбеђујући његов континуирани развој и еволуцију. Његова интеграција са хибридним мрежама, ивичним рачунарством, сателитском везом и индустријом 4.0 чини га основном технологијом за скалабилан,{4}}екосистем Интернета ствари мале снаге. Како градови и индустрије усвајају паметнију инфраструктуру, очекује се да ће НБ-ИоТ постати моћно и исплативо-решење за повезивање у наредним деценијама.
Примена НБ-ИоТ-а у великој-иот примени
НБ-ИоТ је посебно дизајниран да испуни основне захтеве великих-апликација Интернета ствари: висока енергетска ефикасност, широка покривеност, велика-скалабилност и јака безбедност. Попуњава кључну празнину између традиционалних бежичних протокола и власничког ЛПВАН-а тако што пружа глобално стандардизована решења на нивоу оператера{4}}.
Његова практична примена у областима као што су паметно мерење, праћење животне средине, логистика, здравство и пољопривреда доказала је своју ефикасност у различитим сценаријима примене. Упркос ограничењима у погледу кашњења, мобилности и протока, НБ-ИоТ остаје важна допунска технологија за изградњу великих-енергетски{3}}ефикасних и безбедних мрежа Интернета ствари.
Са милијардама уређаја повезаних на мрежу, за инжењере који развијају стабилне и{0}}оријентисане системе од кључне је важности да разумеју предности и недостатке, технологије примене и потенцијал интеграције НБ-ИоТ-а.
