Internet of Things (IoT) er orðin kjarnatækni til að tengja saman ýmis tæki á sviðum eins og neyslu, iðnaði, heilsugæslu og snjallborgum. Sérfræðingar spá því að árið 2030 muni meira en 25 milljarðar tækja þurfa áreiðanlegan og stigstærðan netaðgang.
Það er áskorun hvernig á að tengja þessi tæki á hagkvæman,-orkusparandi og stöðugan hátt. Hefðbundin þráðlaus tækni eins og Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee og LTE/5G getur ekki fullnægt þessum sérstöku kröfum.
NB-IoT miðar að því að brúa þetta bil. NB-IoT var skilgreint af 3GPP í LTERelease13 og hefur verið stöðugt fínstillt í síðari útgáfum. Það er lítið-afl breiðsvæðisnet (LPWAN) sem starfar á leyfisbundnu litrófi. NB-IoT er sérstaklega hannað til að styðja við stórfelld vélræna-samskipti (mMTC). Sem stendur hefur NB-IoT verið beitt á sviðum eins og snjallborgum, almenningsveitum, flutningum, landbúnaði og heilsugæslu.
Tengingaráskoranir sem stækkun Internet of Things stendur frammi fyrir
Stækkun Internet of Things (iot) dreifingarinnar stendur frammi fyrir nokkrum lykiláskorunum:
Orkunotkun: Mörg Internet of Things (iot) tæki eru-knúin rafhlöðum en þau eru venjulega sett upp á stöðum þar sem það er dýrt eða óhagkvæmt að skipta um rafhlöðu. Þessi tæki þurfa rafhlöðuendingu upp á 5 til 10 ár á raunverulegu sendingarferlinu.
Þekjusvæði: Búnaðurinn er venjulega settur upp í kjöllurum, göngum eða dreifbýli þar sem tækni eins og Wi-Fi og Low Energy Bluetooth (BLE) getur ekki veitt áreiðanlegar tengingar. Þess vegna er víðtæk umfang og djúpt innandyra skarpskyggni skipta miklu máli.
Kostnaður og sveigjanleiki: Uppsetning í þéttbýli getur falið í sér hundruð þúsunda flugstöðvarhnúta. Búnaðareiningarnar verða að vera ódýrar (í eins-stafa dollurum) og netkerfið verður að styðja hverja stöð til að tengja tugþúsundir tækja samtímis.
Wi-Fi eyðir of miklum orku og hentar ekki fyrir langtíma-aflgjafa rafhlöðu. Sendingarfjarlægð BLE og Zigbee er takmörkuð. Þrátt fyrir að LTE/5G hafi framúrskarandi afköst, hefur það ekki verið fínstillt fyrir dæmigert lítið gagnamagn og lág-tíðnisending margra Internet of Things forrita.
Tæknilegur grunnur NB-IoT
NB-IoT er byggt á núverandi LTE innviði en einfaldar það og dregur þannig úr flækjustig og orkunotkun. Það starfar í þremur stillingum:
Sjálfstætt netkerfi: Dreift í endurúthlutaða GSM litrófinu.
Í-bandham: Dreift innan tilfangablokkar núverandi LTE-flutningsfyrirtækis.
Verndarbandsstilling: Beitt í ónotuðum verndarböndum á milli LTE flutningsaðila.
NB-IoT útvarpseiningin er einfaldari og ódýrari, með rásarbandbreidd sem er aðeins 180kHz. Helstu eiginleikarnir eru:
Aukið umfang: Auka kostnaðarhámarkið gerir það kleift að starfa í flóknu umhverfi eins og kjallara og afskekktum svæðum.
Orkusparnaðarstillingar (PSM og eDRX) : Tækið getur haldið netskráningarstöðu sinni en verið í dvala í langan tíma og vaknar aðeins þegar gagnaflutnings er þörf. Þetta getur dregið úr aðgerðalausri orkunotkun niður í míkróamper og lengt endingu rafhlöðunnar í meira en 10 ár.
Skilvirk tímasetning: Notkun mjóbands upphleðslu með merkjaendurtekningu tryggir stöðuga sendingu á litlum gagnahleðslum (bæti í kílóbæt). Seinkunarsviðið er frá nokkur hundruð millisekúndum upp í nokkrar sekúndur, hentugur fyrir flest fjarmælingaforrit.
Tækjaþéttleiki: Ein NB-IoT fruma getur stutt allt að 50.000 tæki og gerir þannig kleift að nota há-þéttleika í þéttbýli.
Öryggi: NB-IoT erfir öfluga 3GPP öryggisramma, þar á meðal SIM-korta-byggða auðkenningu, dulkóðun og heiðarleikavernd.
Afköst: Gagnahraðinn er tugir kbps, fínstilltur fyrir litla og sjaldgæfa gagnaflutninga.
Hagnýtt forrit
Snjöll mæling
Almenn veitufyrirtæki eru eitt helsta notkunarsvið NB-IoT tækni. Vatnsmælar og gasmælar sem styðja NB-IoT hafa komið í stað handvirkrar mælalesturs og geta sent gögn á áreiðanlegan hátt jafnvel á djúpum svæðum innandyra eins og kjallara. Þetta eykur nákvæmni innheimtu, auðveldar lekaleit og lágmarkar handvirkar aðgerðir að mestu leyti. Vodafone og önnur evrópsk símafyrirtæki hafa sett upp milljónir NB-IoT snjallmæla.
Eignastýring og flutningur
ATH-IoT-skynjarar geta fylgst með staðsetningu og stöðu vöru, þar á meðal umhverfisvöktun. Í samanburði við lausnir sem eingöngu nota GPS hefur rafhlöðuending þessara skynjara verið framlengd verulega. Til dæmis hefur China Mobile beitt NB-IoT tækni á þúsundir frystikeðjubíla, sem minnkar farmtap um meira en 15%.
Umhverfisvöktun
Borgir eru að beita NB-IoT skynjara til að fylgjast með loftgæðum, hávaðamengun og vatnsborði. Á Indlandi geta NB-IoT vatnshæðarskynjarar veitt flóðviðvaranir, sem sýna fram á möguleika þessarar tækni með tilliti til lágs viðhaldskostnaðar og uppfærslu á -sveitarfélögum.
Greindur innviðir
ATH-Verið er að samþætta IoT í snjallgötuljósker, stöðumæla og ruslatunna. Í Vínarborg nota snjallgötulampar NB-IoT til að stilla lýsingu eftir virkniskilyrðum og draga þannig úr orkunotkun um 30%. Snjalla ruslatunnan mun láta sorphirðuþjónustuna vita þegar hún er full og þar með hagræða leiðina og spara eldsneyti.
Heilsugæsla og klæðanleg tæki
ATH-IoT er hægt að tengja við tæki eins og fjarstýrða blóðsykursmæla, gangráða og persónulega neyðarhnappa. Tilraunaverkefnið um fjarlækningar á landsbyggðinni notar NB-IoT til að fylgjast með sjúklingum á svæðum með ófullnægjandi breiðbandsþekju og dregur þannig úr þörf sjúklinga á að heimsækja sjúkrahús.
Landbúnaður
Jarðvegsrakaskynjarar leiðbeina bændum við að móta áveituáætlanir til að lágmarka vatnsnotkun og auka uppskeru. Búfjárhalar geta fylgst með-staðsetningu og heilsufari dýra í rauntíma og þannig náð skilvirkari hjarðstjórnun.
Samanburður við aðra litla-aflstækni fyrir breiðsvæðisnet (LPWAN).
LoRaWAN og Sigfox eru tvær almennar LPWAN tækni sem starfa á óleyfisbundnu litrófi. LoRaWAN hentar mjög vel til dreifingar í sérstökum netkerfum, á meðan Sigfox býður upp á víðtæka umfjöllun í gegnum netfyrirtæki sín. Hins vegar, samanborið við leyfisbundna litrófstækni, eru báðir viðkvæmir fyrir truflunum og geta haft takmarkanir hvað varðar upptengingargetu og langtímastuðning frá rekstraraðilum.
Aftur á móti notar NB-IoT litróf með leyfi, sem veitir -áreiðanleika símafyrirtækis, alþjóðlega stöðlun og langtíma-stuðning frá farsímakerfisrekendum, sem heldur því í samræmi við þróunarstefnu LTE-M og 5G. Þess vegna er NB-IoT mjög hentugur fyrir almenn netkerfi sem stjórnað er af rekstraraðilum, á meðan LoRaWAN býður venjulega upp á meiri sveigjanleika fyrir einkafyrirtækisnet.
Hönnunarsjónarmið í verkfræði
NB-IoT er viðbót frekar en í staðinn fyrir aðra þráðlausa staðla eins og BLE, Wi-Fi eða Thread, og er venjulega samhliða þeim í blendingum. Verkfræðingar verða að vega og meta kosti og takmarkanir NB-IoT:
Töf: Nokkrar sekúndur seinkun á ekki við um forrit sem krefjast rauntímastýringar.
Hreyfanleiki: Stuðningur við milli-frumuskipti er takmarkaður, svo NB-IoT hentar best fyrir föst eða lítil-hreyfanleg tæki.
Afköst: Gagnahraðinn er takmarkaður við tugi kbps, þannig að hann hentar ekki fyrir mikið-gagnamagn-forrit.
Ósjálfstæði rekstraraðila: Umfang og starfrænt framboð er mismunandi eftir símafyrirtæki og svæðum.
Skilvirk NB-IoT dreifing krefst sérstakrar athygli á eftirfarandi þáttum:
Efnafræði rafhlöðu: Nauðsynlegt er að velja vandlega, til dæmis með því að nota litíumþíónýlklóríð rafhlöður með -líftíma eða ofurþétta til að styðja við sendingu kraftpúlsa.
Loftnetshönnun: Þótt hægt sé að nota lítil loftnet þarf að stilla þau vandlega þegar þau eru sett neðanjarðar eða í málmhlíf til að ná sem bestum árangri.
Einingarval: Verkfræðingar verða að passa aðgerðir einingarinnar og studd tíðnisvið við innviði símafyrirtækisins.
Fastbúnaðaruppfærsla:-Oft-uppfærslur (OTA) verða að fara fram á stigvaxandi og skilvirkan hátt til að spara orku og bandbreidd.
Ef þú ert að þróa nýjar NB-IoT samþættar hringrásir eða einingar, þá er T2M með sílikon-staðfest IP, sem getur stytt tíma á markað fyrir vörur þínar og dregið úr þróunaráhættu.
Reglugerðar- og dreifingarsjónarmið
ATH-IoT notar leyfilegt litróf og þarf að vera í samstarfi við farsímakerfisfyrirtæki. Verkfræðingar verða að þekkja litrófsúthlutun, staðbundnar reglur og dreifingarleyfi. Litrófsleyfi tryggir fyrirsjáanlega frammistöðu og dregur úr truflunum, sem er lykilkostur fram yfir leyfislausar LPWAN lausnir. Að auki skipta rekstrarsamningar og þjónustustigsábyrgðir sköpum fyrir-mikilvæga borgaruppbyggingu-upptöku í atvinnugreinum eins og veitum, heilsugæslu og iðnaði.
Samþætting við nýja tækni
NB-IoT er í auknum mæli að samþættast við aðra tækni til að búa til öflugar blendingslausnir:
Hybrid tenging: Tæki geta notað NB-IoT fyrir aðgang að skýinu og sameinað skammdræga-samskiptareglur eins og BLE, Matter eða Thread til að ná fram samvirkni tækja á staðnum.
Edge intelligence: NB-IoT tæki sem eru samþætt með lág-gervigreindarhröðlum geta unnið úr gögnum á staðnum. Til dæmis geta iðnaðar titringsskynjarar greint titringsmynstur á -síðunni og aðeins sent óeðlilegar viðvaranir og sparar þar með verulega bandbreidd.
Gervihnattasamþætting: NB-Verið er að prófa IoT-einingar með gervihnöttum með lágum jörðu (LEO) til að útvega tengingar fyrir sjó-, námu- og fjarlandbúnaðarforrit.
Öryggisþróun: Rannsóknir í eftir-skammtadulkóðun miða að því að þróa léttar, skammtaþolnar-algrím sem geta keyrt á NB-IoT tækjum og efla þannig getu netkerfisins til að standast ógnir sem koma upp.
Iðnaður 4.0: Sveigjanleiki og mikil orkunýtni NB-IoT gerir því kleift að byggja upp þétt skynjaranet í snjallverksmiðjum, þar á meðal ástandseftirlitsskynjara, rafmagnsmæla og flutningamerki.
Framtíðarhorfur
NB-IoT hefur verið fellt inn í 5G MTC vegvísi, sem tryggir stöðuga þróun og þróun þess. Samþætting þess við blendingakerfi, brúntölvutölvur, gervihnattatengingar og Industry 4.0 gerir það að grundvallartækni fyrir stigstærð,-afmagnslítið Internet of Things vistkerfi. Eftir því sem borgir og atvinnugreinar taka upp snjallari innviði er gert ráð fyrir að NB-IoT verði öflug og-hagkvæm tengilausn á næstu áratugum.
Notkun NB-IoT í stórum-íOT dreifingu
NB-IoT er sérstaklega hannað til að uppfylla grunnkröfur stór-Internet of Things forrita: mikil orkunýtni, breitt umfang, stærðar-sveigjanleiki og sterkt öryggi. Það fyllir upp í lykilbilið á milli hefðbundinna þráðlausra samskiptareglna og sérstakt LPWAN með því að bjóða upp á-gæða, alþjóðlegt staðlaðar lausnir.
Hagnýt notkun þess á sviðum eins og snjallmælingum, umhverfisvöktun, flutningum, heilsugæslu og landbúnaði hefur sannað skilvirkni sína í ýmsum notkunarsviðum. Þrátt fyrir takmarkanir sínar hvað varðar leynd, hreyfanleika og afköst, er NB-IoT enn mikilvæg viðbótartækni til að byggja upp stór-orku-hagkvæm og örugg Internet of Things net.
Þar sem milljarðar tækja eru tengdir við netið er mikilvægt fyrir verkfræðinga sem þróa stöðug og -framtíðarmiðuð kerfi að skilja kosti og galla, dreifingartækni og samþættingarmöguleika NB-IoT.
