Wie NB-IoT die Zukunft des Internets der Dinge beeinflussen wird
5G soll 2020 eingeführt werden. Dieser Beitrag behandelt NB- IoT und seine technischen Aspekte, die es für das Internet der Dinge so wichtig machen. IoT , auch bekannt als LTE Cat NB1, wird Milliarden von Geräten intelligenter vernetzen. Es ist kosteneffizient, unterstützt einen geringeren Stromverbrauch für den Einsatz kostengünstiger Geräte und bietet eine große Reichweite. Diese Low Power Wide Area (LPWA)-Technologie macht Skaleneffekte IoT realisierbar ; sie ermöglicht Verbindungen praktisch überall und ist mit bestehenden Mobilfunknetzen kompatibel.
Eine der Hauptvoraussetzungen für neue MTC-Anwendungen ist der Aufbau eines Funkzugangsnetzes, das den Batterieverbrauch reduziert, eine große Fläche abdeckt, kostengünstige Geräte effizient mit Strom versorgt und die unterschiedlichen Frequenzzuweisungen der Betreiber unterstützt. Zu den MTC-Anwendungen zählen intelligente Zähler, Gebäudeüberwachung, Landwirtschaft sowie Flotten- und Logistikmanagement. Viele MTC-Geräte arbeiten üblicherweise mit geringen Datenmengen und befinden sich häufig an Orten mit schlechter Funkabdeckung, beispielsweise in Wäldern, auf Bauernhöfen oder in Kellern.
Der Betrieb in lizenzierten Frequenzbändern erleichtert die Sicherstellung von Abdeckung und Leistung. Technologien, die in unlizenzierten Frequenzbändern arbeiten, bergen das Risiko unkontrollierter Interferenzen, die die Gesamtleistung vieler Geräte im Netzwerk beeinträchtigen können.
Akku- und Reichweitenleistung
Die Standortdichte und die Verbindungsleistung sind die Hauptfaktoren, die die Mobilfunknetzabdeckung beeinflussen. Im Vergleich zu anderen Technologien wie GPRS, WCDMA und LTE verfügt NB-IoT über eine Verbindungsleistungsreserve von 20 dB und arbeitet mit geringeren Datenmengen.
Im Hinblick auf die technischen Details der Linkbudgetierung können wir Folgendes hervorheben:
| NB-IoT | 164 dB |
| GPRS | 144 dB |
| LTE | 142,7 dB |
Diese Verbesserung um 20 dB könnte den Eindruck erwecken, dass andere Faktoren, wie beispielsweise die Anforderungen für MTC-Anwendungen, beeinträchtigt werden, dies ist jedoch nicht der Fall. NB-IoT erfüllt die Anforderungen an Latenz und Akkulaufzeit. Die Langlebigkeit hängt davon ab, wie effizient Geräte in Energiesparmodi wechseln können, die es ermöglichen, Teile des Akkus bei Nichtgebrauch zu reduzieren.
NB-IoT verwendet, genau wie LTE, zwei Hauptzustände des RRC-Protokolls:
| RRC_idle | Spart Energie und Ressourcen, die für den Versand von Messberichten benötigt werden |
| RRC_verbunden | Geräte empfangen und senden Daten direkt |
NB-IoT -Designflexibilität
Die NB-IoT Technologie unterstützt insbesondere verschiedene Datenraten. Diese hängen von der Kanalqualität bzw. dem Signal-Rausch-Verhältnis und der verfügbaren Bandbreite ab. Jedes Gerät verfügt zudem über ein spezifisches Leistungsbudget, was die Bündelung der Leistung mehrerer Geräte ermöglicht.
In manchen Fällen wird die Leistung von NB-IoT Geräten eher durch die Signalstärke als durch die Bandbreite beeinflusst. Diese Geräte können ihre Sendeenergie auf eine schmalere Bandbreite bündeln, ohne Leistungseinbußen hinnehmen zu müssen. Diese Effizienz stellt Bandbreite für andere Geräte bereit. NB-IoT verwendet Töne oder Subträger anstelle von Ressourcenblöcken. Seine Bandbreite beträgt 15 kHz, ein relevanter Unterschied im Vergleich zu einem Ressourcenblock mit einer effektiven Bandbreite von 180 kHz.
In unterschiedlichen Situationen, sowohl in Gebieten mit guter als auch mit schlechter Netzabdeckung, lassen sich die Datenraten durch zusätzliche Bandbreite erhöhen. Durch die Zuweisung mehrerer Frequenzbänder oder Subträger an die Geräte können die Datenraten um das Zwölffache gesteigert werden. Dieser Ansatz verbessert die Kapazität. Dies ist der Fall, wenn die Geräte über eine gute Netzabdeckung verfügen und die Datenübertragung schnell erfolgt. Eine gute Netzabdeckung ist meist gegeben, wenn NB-IoT -Geräte in dichten Netzen eingesetzt werden oder sich die meisten Geräte innerhalb des ursprünglichen LTE-Abdeckungsbereichs befinden.
Es ist bemerkenswert, dass NB-IoT mit hoher Multiplexfähigkeit und flexiblen Datenraten entwickelt wurde. Die Zielkapazität im 3GPP-Standard liegt bei 40 Geräten pro Haushalt bzw. etwa 52.200 Geräten pro Zelle (in Städten wie London). Simulationen mit 200.000 Geräten pro Zelle haben das Vierfache des ursprünglichen Ziels erreicht. NB-IoT wird die Anforderungen an die Datenraten nach seiner Veröffentlichung mit Sicherheit erfüllen.
Über Geräte
Für den großflächigen Einsatz von Sensoren sind kostengünstige Modems unerlässlich. Prozesse zur Erfassung und Meldung verschiedener Variablen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit müssen optimiert werden. Bei sensorintensiven Anwendungen sind geringe Datenraten und Latenzzeiten erforderlich. NB-IoT erfüllt diese Anforderungen und bietet somit eine höhere Effizienz. NB-IoT -Geräte haben bewiesen, dass sie niedrigere Spitzendatenraten auf der physikalischen Schicht im Bereich von 100–200 kbit/s unterstützen, bei Single-Tone-Geräten sogar deutlich niedrigere.
Es gibt weitere Aspekte der Geräteoptimierung, die wir betrachten können. LTE MBB benötigt beispielsweise zwei Antennen, während NB-IoT -Geräte nur eine einzige Empfangsantenne benötigen. Daher benötigen der Verhältnis- und der Basisbanddemodulator nur eine einzige Empfängerkette.
Einer der Vorteile der schmalen Bandbreite (200 kHz bei NB-IoT gegenüber 1,4 MHz bis 20 MHz bei anderen Technologien) ist die geringere Komplexität der Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandlung, der Kanalschätzung und der geringeren Pufferung.
NB-IoT macht Industrien intelligenter
| Städte | Die Überwachung einer Stadt erfordert viele Aspekte und daher Kosteneffizienz. NB-IoT und LTE ermöglichen die Steuerung von Straßenbeleuchtung, freien Parkplätzen, Umgebungsbedingungen usw. Wie bereits erwähnt, werden NB-IoT -Modems voraussichtlich sehr wettbewerbsfähige Preise haben. Module werden beispielsweise voraussichtlich 5 $kosten. |
| Gebäude | NB-IoT kann als Unterstützung für den Breitbandanschluss des Gebäudes dienen. Die Sicherheit wird durch die direkte Anbindung von Sensoren an das Überwachungssystem über LPWA-Netzwerke gewährleistet. |
| Messung | Die wichtigste Voraussetzung für intelligente Zähler ist wahrscheinlich die Netzabdeckung. Zähler befinden sich mitunter an schwer zugänglichen Orten wie abgelegenen ländlichen Gebieten oder unterirdisch. NB-IoT eignet sich hervorragend zur Überwachung von Gas- und Wasserzählern durch regelmäßige und geringe Datenübertragung. Dies führt zu einer deutlich besseren Abdeckung. |
| Verbraucher | Cat M1 (manchmal auch als NB-IoT Alternative bezeichnet) und beide Technologien unterstützen eine große Anzahl von Sensoren mit unterschiedlichem Datenaufkommen. Wearables bilden für Verbraucher die Grundlage des IoT. Eine der größten Herausforderungen für IoT Hersteller besteht darin, nachhaltige Geschäftsmodelle zu entwickeln. Die Wartung von Sensoren und Geräten könnte langfristig teurer sein als die Produktion. |
Einpacken
Nachdem Sie nun wissen, was NB-IoT ist, wie es funktioniert und wodurch es sich von anderen LPWAN-Technologien unterscheidet, können Sie neue IoT Initiativen mit besseren Netzwerken und Geräten realisieren, die ein äußerst attraktives Geschäftsmodell ermöglichen. Erstellen und skalieren Sie Ihr eigenes IoT-Projekt mit Ubidots.
Quellen und weitere Informationen:
NB-IoT: Eine nachhaltige Technologie zur Vernetzung von Milliarden von Geräten
