Технология узкополосного интернета вещей (NB-IoT) в сети мобильной связи

 

С развитием Интернета вещей (Internet of Things, IoT) количество подключений к сетям мобильной связи операторов увеличится в разы. По прогнозам Ericsson, к 2021 г. общее количество подключенных к интернету устройств в мире составит 28 млрд. Из них 1,5 млрд составят потребительская электроника и умные автомобили, взаимодействующие друг с другом посредством сетей мобильной связи. В ближайшие годы количество межмашинных подключений (Machine-to-Machine, M2M) будет расти на 25% в год, большая часть поставляемых на рынок M2M-устройств будет поддерживать стандарт LTE. По мере роста рынка IoT становится очевидным, что для многих вариантов использования таких решений существующие технологии мобильной связи недостаточны в связи с недостаточным покрытием, высокой стоимостью оконечных терминалов и малым сроком службы их элементов питания.

Инновационной технологией Интернета вещей является решение узкополосного IoT (Narrow-Band IoT или NB-IoT). Это беспроводная узкополосная разновидность глобальных сетей с низким энергопотреблением (Low Power Wide Area, LPWA), которая в первую очередь предназначена для приложений межмашинного взаимодействия (М2М). Стандарт NB-IoT откроет компаниям, специализирующимся на предоставлении телекоммуникационных услуг, широкий спектр новых возможностей. В частности, существенно увеличит доходность операторов от одного абонента (Average revenue per user, ARPU). Технология NB-IoT займет свою низкоскоростную нишу в классе решений, где приоритетное значение имеет бесперебойная передача данных и низкое энергопотребление.

Узкая полоса на пути к IoT.    NB-IoT - низкочастотные перспективы беспроводных сетей

Технические преимущества NB-IoT

Стандарт NB-IoT был специфицирован консорциумом 3GPP в 2016 году в Release 13 (LTE Advanced Pro) и в настоящее время проходит тестирование. Специалисты полагают, что технология NB-IoT получит популярность среди операторов, т.к. ее обслуживание и эксплуатация обойдется им дешевле, чем передовых на сегодняшних день сетей LTE и GSM. Это обусловлено ее характеристиками. Стандарт NB-IoT представляет собой двустороннюю связь, действующую в частотном канале шириной 200 кГц. Для того, чтобы запустить сеть в эксплуатацию, оператору всего лишь необходимо установить на базовой станции специальное программное обеспечение. Это актуально, если развертывать IoT-сеть уже на существующих частотах.  

3GPP продумывает модель функционирования сети. Консорциум предлагает три варианта развертывания NB-IoT сети. Первый – это NB-IoT Guard Band, т.е. для Narrowband IoT будет выделен отдельный частотный спектр. Второй – это In Band, т.е. технология будет размещена в защитном частотном интервале сетей LTE. Третий – получил название Stand Alone. Согласно его концепции, NB-IoT и LTE работают в одном частотном диапазоне. Таким образом, сеть NB-IoT можно развернуть в частотных диапазонах, в котором в настоящее время функционирует стандарт GSM, после их рефарминга в LTE, или в «защитных» интервалах между сетями GSM и LTE. Скорость передачи данных в NB-IoT достигает 200 кбит/с, что является достаточным для устройств, периодически передающих однотипные данные небольшого объема.

В упрощенном виде варианты развертывания NB-IoT сети можно представить в виде следующей иллюстрации:

 

 

три варианта развертывания NB-IoT сети

В свою очередь разработчики обещают, что срок службы элемента питания оборудования NB-IoT без подзарядки будет достигать 10 лет!  

Ожидается, что цена терминала NB-IoT составит $5.

Следующей важнейших особенностей технологии NB-IoT является возможность подключать к одной соте базовой станции до 100 тысяч устройств NB-IoT, что в десятки раз превышает возможности действующих стандартов мобильной связи. Это позволяет получить дополнительную коммерческую выгоду на основе применения анализа IoT-данных методами больших данных (Big Data). В рамках сотрудничества со смежными отраслями операторы, в дополнение к продаже услуг связи, получают возможность продавать аналитические данные третьим лицам.

Такие преимущества стандарта NB-IoT позволяют значительно увеличить зону покрытия, обеспечив связь труднодоступных местах и регионах. 

 

Проблемы и перспективы развития NB-IoT

Многие отрасли деятельности проявляют интерес к продуктам IoT, которые повышают эффективность бизнес-процессов. В первую очередь это ЖКХ, транспортная сфера, здравоохранение, автомобильная промышленность и др.

Интернет вещей предусматривает более пятидесяти вариантов использования, включая интеллектуальные датчики (на электричество, газ, воду), управление объектами, системы охранной и пожарной сигнализации для дома и коммерческой недвижимости, персональные датчики «электронного здоровья», системы отслеживания людей, животных или предметов, элементы инфраструктуры «умного» города (например, уличные лампы или мусорные контейнеры, «умного» дома и подключенные промышленные инструменты и т. п.).

Аналитики полагают, что именно В2В-сегмент станет движущей силой развития Интернета вещей и именно он будет проявлять наибольший интерес к данным продуктам на первом этапе их коммерциализации. Это также объясняется тем, что зашить в комплектацию «умного» устройства структурированную бизнес-процедуру проще, чем потребности частного пользователя. Ожидается, что объем рынка узкополосного (Narrowband) IoT к 2022 году достигнет порядка 200 млн. долл.    

Специалисты называют различные цифры о количестве подключенных в ближайшие 4-6 лет IoT-устройств. Сложность прогнозирования объясняется тем, у Интернета вещей большой потенциал в промышленной сфере, которая является достаточно энергоемкой и требует большого числа подключенных устройств.

Ожидается, что первые тесты стандарта NB-IoT начнутся на границе 2016-2017 гг. Говорить о коммерческом развертывании подобных сетей пока рано. Это связано не только с недостатком электронных компонентов и проблемами распределения выделенных частот, но и с регуляторными механизмами. Представители Huawei отмечают, что на сегодняшний день у России нет причин оставаться позади развития технологии. Федеральные операторы достаточно прочно внедрили сети LTE, что очень важно для прогрессирования Narrowband IoT. Среди мировых разработчиков стандарта NB-IoT, помимо Huawei, можно назвать Qualcomm, Intel Corporation, Nokia Networks, Verizon, Samsung Group, AT&T и другие.       

Учитывая, что стандарт NB-IoT только сформирован, их концепция еще оттачивается. Ряд разработчиков планируют расширить функционал сети в последующих релизах голосовым сервисом, т.к. скорость работы сети позволяет это сделать. Также, скорее всего, NB-IoT станет одной из составляющих спецификации сетей 5G (Narrowband 5G).  

Тестирования сетей NB-IoT

Летом текущего года компания u-blox объявила о выпуске первого в своем роде модуля для сетей NB-IoT. Он поддерживает сервисы, для работы которых необходимо надежное соединение и продолжительная передача небольших данных. Разработчики заявляют, что элемент питания прослужит без подзарядки от 10 до 20 лет. Размер устройства составляет 1,6х2,6 см, а предельная скорость входящего потока – 227 Кбит/с. U-blox сообщила об успешных испытаниях оборудования, подтвердивших большую эффективность NB-IoT по сравнению с GPRS, а также обещала начать массовое производство модулей в последнем квартале 2016 года.  

Данная компания уже «засветилась» сенсациями в развитии стандарта Narrowband IoT в прошлом году. В партнерстве с Huawei и Vodafone было организовано первое в истории тестирование пре-стандарта NB-IoT. Эксперимент проводился на сети Vodafone с помощью крепления на базовую станцию специального модуля, который подал сигнал на водный счетчик. Партнеры намерены расширить сферу применения технологии. Например, в планах Huawei развернуть данный стандарт для организации мобильной связи. Однако для этого необходимо подтвердить низкую чувствительность сети NB-IoT к внешним помехам.

С целью популяризации и развертывания стандарта NB-IoT, Huawei в начале этого года подписало соглашение о намерениях с компанией TIM. Партнеры создают открытую лабораторию для организации работ над узкополосным IoT и проведения испытаний в полевых условиях.                   

Очевидно, что спрос на данную технологию будет расти, т.к. ее характеристики соответствуют рыночным тенденциям и потребительским потребностям. Она предоставляет широкое покрытие (в том числе в подвальных помещениях), энергосбережение, возможность подключения большого количества устройств и низкую стоимость их обслуживания.Закажите книгу-справочник "Мобильная связь на пути к 6G" на XXIII.ru

Более подробную информацию о технологических решениях Интернета вещей в сетях мобильной связи (в частности, NB-IoT), эволюции сетей M2M к IoT в спецификациях 3GPP, а также о других технических особенностях работы сетей мобильной связи читайте в книге "Мобильная связь на пути к 6G". 

 

Читайте также:

Потенциал беспроводных сетей как стимул для развития IoT

Консерватизм компаний замедляет развитие IoT в России

Состояние и перспективы развития сетей FDD-LTE и TDD-LTE

LTE –> LTE-U –> LAA –> eLAA. Enhanced Licensed Assisted Access - новая ступень в использовании нелицензионного спектра

Беспилотные дроны раскинут Интернет-сети

Кроссворд по мобильной связи

Книга "Мобильная связь на пути к 6G"

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Яндекс.Метрика