На початку 2020 року Vodafone Україна запустив мережу Nb-IoT, яка представляє собою виділений частотний канал для IoT-обладнання в існуючій мережі LTE. Технологія, яку оператор почав активно просувати, має ряд особливостей, про них і піде мова в сьогоднішньому матеріалі.
Спершу варто з'ясувати, що таке Nb-IoT. Це специфікація стандарту стільникового зв'язку, яка розроблена для обслуговування пристроїв, що генерують невеликий обсяг даних. Технологія відмінно підходить для різних лічильників, датчиків, систем сигналізації та т. Д.
По своїй фізичній структурі і архітектурі мережу Nb-IoT практично все успадкувала від LTE, тому побудова інфраструктури для Інтернету речей не вимагає нічого, крім оновлення програмного забезпечення на наявних базових станціях. За рахунок простоти системи оператори можуть надавати низькі тарифи для клієнтів Інтернету речей.
Основні характеристики Nb-IoT
- Достатня пропускна здатність для більшості IoT-пристроїв.
- Можна обмінюватися об'єктами рознесені в часі.
- Можливість роботи на більш віддаленій території, ніж 4G на тій же частоті.
- Стійкість до шумів.
- Неймовірно низьке енергоспоживання (датчики можуть «жити» від однієї батареї близько 10 років).
- Знижені вимоги до процесора.
Щоб зрозуміти, як досягаються перераховані властивості, варто трохи заглибитися в технічну складову мережі.
Принцип роботи технології Nb-IoT
Nb-IoT базується на LTE. Якщо говорити максимально простими словами, то смуга 4G складається з роздільних каналів (піднесуть) по 15 кГц. Несуча в LTE ділиться на ресурсні блоки (РБ), кожен з яких складається з 12 піднесуть по 15 кГц. Разом виходить 180 кГц. Кожен ресурсний блок включає 84 ресурсних елемента (сітка 12 на 7). Смуга 5 МГц, на якій може працювати LTE, включає 25 ресурсних блоків.
Для запуску Nb-IoT задіюється тільки один ресурсний блок 180 кГц. Для дальності сигналу його підсилюють на 6 дБ. Це і пояснює, чому мережу Інтернету речей має більш широке охоплення території, ніж LTE, хоча частота використовується однакова.
Запуск мережі може здійснюватися трьома способами:
- на виділеному каналі 200 кГц, який також включає і захисний спектр 300-600 кГц, щоб уникнути перешкод. Такий спосіб не актуальний для України, так як частотного ресурсу недостатньо, плюс, потрібно більше витрат;
- на захисній смузі частот: кожна смуга, на якій оператори розгортають зв'язок, має захисний інтервал по 500 кГц з кожного боку. Цей варіант підходить, якщо потрібно заощадити частотний ресурс і знизити взаємний вплив на LTE-мережу;
- всередині смуги (актуально для України).
Як правило, мережу Інтернету речей базується на «низьких» спектрах частот (800 МГц, 900 МГц, 1800 МГц). Vodafone здійснив запуск Nb-IoT на 1800 МГц. Надалі з великою часткою ймовірності також буде використовуватися діапазон 900 МГц.
Технологія Nb-IoT вважається переходом до п'ятого покоління зв'язку.
На наведеному зображенні видно дві гілки розвитку мереж: на одній підвищується швидкість інтернету, а на іншій - знижується енергоспоживання клієнтського обладнання. Nb-IoT відноситься саме до другої гілці: інженери з кожним разом вводять нові обмеження для приймача. Смуга зв'язку істотно звужується, це як раз відображено в назві самої мережі: NB - Narrow Band, тобто вузька смуга. Обмеження призводять до зниження швидкості передачі даних, яка вимірюється кілобайтами в секунду або навіть кілобітах.
Максимальні швидкості в мережі Nb-IoT
Для різних датчиків швидкість не має великого значення: набагато важливіше стабільність підключення. Тут варто відзначити таку особливість, що один пристрій не може зайняти весь доступний радіоресурс, тому клієнти не відчувають проблем з підключенням.
Швидкість передачі даних в Nb-IoT досягає 58,8 Кбіт / с. Є рішення, завдяки яким це значення можна збільшити максимум до 100 Кбіт / с.
Передача даних на піднесе 15 кГц дозволяє в рази збільшити спектральну щільність сигналу, за рахунок чого знижується відношення сигнал / шум. Зменшення шумів особливо важливо для IoT-пристроїв, оскільки вони мають слабкі передавачі.
Особливості енергоспоживання в мережі Nb-IoT
Низький рівень споживання енергії досягається не тільки за рахунок низьких швидкостей передачі даних, але також за рахунок зниження кількості енерговитратних процедур реєстрації в мережі. При включенні кожен пристрій зв'язується з базовою станцією, «домовляється» щодо білоруського режиму роботи і потім «засинає». У разі пробудження дані можуть бути відразу передані. У сплячому режимі базова станція є шлюзом і накопичує інформацію для кінцевого пристрою. Це знижує час в радіоефірі. Важливо відзначити, що для такої роботи устаткування повинно знаходитися в одній точці. Переміщення приладу змушує кожного разу заново «обговорювати» з базовою станцією такі параметри, як потужність, чутливість і т.д.
Для переміщаються пристроїв була розроблена технологія LTE Cat M. Вона є більш високошвидкісний, плюс, чіпи для виробників IoT-обладнання коштують дорожче, споживання енергії вище.