В начале 2020 года Vodafone Украина запустил сеть Nb-IoT, которая представляет собой выделенный частотный канал для IoT-оборудования в существующей сети LTE. Технология, которую оператор начал активно продвигать, имеет ряд особенностей, о них и пойдет речь в сегодняшнем материале.
Сперва стоит выяснить, что такое Nb-IoT. Это спецификация стандарта сотовой связи, которая разработана для обслуживания устройств, генерирующих небольшой объем данных. Технология отлично подходит для различных счетчиков, датчиков, систем сигнализации и т. д.
По своей физической структуре и архитектуре сеть Nb-IoT практически всё унаследовала от LTE, поэтому построение инфраструктуры для Интернета вещей не требует ничего, кроме обновления программного обеспечения на имеющихся базовых станциях. За счет простоты системы операторы могут предоставлять низкие тарифы для клиентов Интернета вещей.
Основные характеристики Nb-IoT
- Достаточная пропускная способность для большинства IoT-устройств.
- Передача и прием данных разнесены во времени.
- Возможность работы на более удаленной территории, чем 4G на той же частоте.
- Устойчивость к шумам.
- Невероятно низкое энергопотребление (датчики могут «жить» от одной батареи около 10 лет).
- Сниженные требования к процессору.
Чтобы понять, как достигаются перечисленные свойства, стоит немного углубиться в техническую составляющую сети.
Принцип работы технологии Nb-IoT
Nb-IoT базируется на LTE. Если говорить максимально простыми словами, то полоса 4G состоит из раздельных каналов (поднесущих) по 15 кГц. Несущая в LTE делится на ресурсные блоки (РБ), каждый из которых состоит из 12 поднесущих по 15 кГц. Вместе получается 180 кГц. Каждый ресурсный блок включает 84 ресурсных элемента (сетка 12 на 7). Полоса 5 МГц, на которой может работать LTE, включает 25 ресурсных блоков.
Для запуска Nb-IoT задействуется только один ресурсный блок 180 кГц. Для дальности сигнала его усиливают на 6 дБ. Это и объясняет, почему сеть Интернета вещей имеет более широкий охват территории, чем LTE, хотя частота используется одинаковая.
Запуск сети может осуществляться тремя способами:
- на выделенном канале 200 кГц, который также включает и защитный спектр 300-600 кГц, чтобы избежать помех. Такой способ не актуален для Украины, так как частотного ресурса недостаточно, плюс, требуется больше затрат;
- на защитной полосе частот: каждая полоса, на которой операторы разворачивают связь, имеет защитный интервал по 500 кГц с каждой стороны. Этот вариант подходит, если нужно сэкономить частотный ресурс и снизить взаимное влияние на LTE-сеть;
- внутри полосы (актуально для Украины).
Как правило, сеть Интернета вещей базируется на «низких» спектрах частот (800 МГц, 900 МГц, 1800 МГц). Vodafone произвел запуск Nb-IoT на 1800 МГц. В дальнейшем с большой долей вероятности также будет использоваться диапазон 900 МГц.
Технология Nb-IoT считается переходом к пятому поколению связи.
На приведенном изображении видно две ветви развития сетей: на одной повышается скорость интернета, а на другой – понижается энергопотребление клиентского оборудования. Nb-IoT относится именно ко второй ветке: инженеры с каждым разом вводят новые ограничения для приемопередатчика. Полоса связи существенно сужается, это как раз отражено в названии самой сети: NB — Narrow Band, то есть узкая полоса. Ограничения приводят к снижению скорости передачи данных, которая измеряется килобайтами в секунду или даже килобитами.
Максимальные скорости в сети Nb-IoT
Для различных датчиков скорость не имеет большого значения: гораздо важнее стабильность подключения. Здесь стоит отметить такую особенность, что одно устройство не может занять весь доступный радиоресурс, поэтому клиенты не испытывают проблем с подключением.
Скорость передачи данных в Nb-IoT достигает 58,8 Кбит/с. Имеются решения, благодаря которым это значение можно увеличить максимум до 100 Кбит/с.
Передача данных на поднесущей 15 кГц позволяет в разы увеличить спектральную плотность сигнала, за счет чего снижается отношение сигнал/шум. Уменьшение шумов особенно важно для IoT-устройств, поскольку они имеют слабые передатчики.
Особенности энергопотребления в сети Nb-IoT
Низкое энергопотребление достигается не только за счет низких скоростей передачи данных, но также за счет снижения количества энергозатратных процедур регистрации в сети. При включении каждое устройство связывается с базовой станцией, «договаривается» о режиме работы и затем «засыпает». В случае пробуждения данные могут быть сразу переданы. В спящем режиме базовая станция является шлюзом и накапливает информацию для конечного устройства. Это снижает время в радиоэфире. Важно отметить, что для такой работы оборудование должно находиться в одной точке. Перемещение прибора заставляет каждый раз заново «обговаривать» с базовой станцией такие параметры, как мощность, чувствительность и т.д.
Для перемещающихся устройств была разработана технология LTE Cat M. Она является более высокоскоростной, плюс, чипы для производителей IoT-оборудования стоят дороже, потребление энергии выше.