Internet stvari (IoT) je postal temeljna tehnologija za povezovanje različnih naprav na področjih, kot so potrošnja, industrija, zdravstvo in pametna mesta. Analitiki napovedujejo, da bo do leta 2030 več kot 25 milijard naprav zahtevalo zanesljiv in razširljiv dostop do omrežja.
Izziv je, kako povezati te naprave na ekonomsko učinkovit,-energijsko varčen in stabilen način. Tradicionalne brezžične tehnologije, kot so Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee in LTE/5G, ne morejo v celoti izpolniti teh posebnih zahtev.
Opomba-IoT želi premostiti to vrzel. Opomba-IoT je definiral 3GPP v LTERelease13 in je bil nenehno optimiziran v naslednjih različicah. To je nizko{6}}razširjeno omrežje (LPWAN), ki deluje na licenčnem spektru. Opomba-IoT je posebej zasnovan za podporo množične -komunikacije tipa stroja (mMTC). Opomba:-IoT se trenutno uporablja na področjih, kot so pametna mesta, javne službe, logistika, kmetijstvo in zdravstvo.
Izzivi povezav, s katerimi se sooča širitev interneta stvari
Razširitev uvajanja interneta stvari (iot) se sooča z več ključnimi izzivi:
Poraba energije: veliko naprav interneta stvari (iot) se napaja-na baterije, vendar so običajno nameščene na mestih, kjer je zamenjava baterije draga ali nepraktična. Te naprave zahtevajo življenjsko dobo baterije od 5 do 10 let med dejanskim prenosnim ciklom.
Območje pokritosti: oprema je običajno nameščena v kleteh, tunelih ali na podeželju, kjer tehnologije, kot sta Wi-Fi in Low Energy Bluetooth (BLE), ne morejo zagotoviti zanesljivih povezav. Zato sta obsežna pokritost in zmožnost prodiranja globoko v zaprte prostore ključnega pomena.
Stroški in razširljivost: uvedba v mestih lahko vključuje več sto tisoč terminalskih vozlišč. Moduli opreme morajo biti poceni (v eno-mestnih dolarjih), omrežje pa mora podpirati vsako bazno postajo za povezavo več deset tisoč naprav hkrati.
Wi-Fi porabi preveč energije in ni primeren za-dolgotrajno napajanje iz baterije. Razdalja prenosa BLE in Zigbee je omejena. Čeprav ima LTE/5G odlično zmogljivost, ni optimiziran za tipično nizko količino podatkov in nizko-frekvenčni prenos mnogih aplikacij interneta stvari.
Tehnični temelj NB-IoT
Opomba-IoT temelji na obstoječi infrastrukturi LTE, vendar jo poenostavlja ter s tem zmanjšuje kompleksnost in porabo energije. Deluje v treh načinih:
Samostojni omrežni način: nameščen v prerazporejenem spektru GSM.
V-pasovnem načinu: uvedeno znotraj bloka virov obstoječega operaterja LTE.
Način zaščitnega pasu: razporejen v neuporabljenih zaščitnih pasovih med nosilci LTE.
Opomba: Radijski modul IoT-IoT je enostavnejši in cenejši, s pasovno širino kanala le 180 kHz. Glavne značilnosti vključujejo:
Razširjena pokritost: izboljšan proračun za povezavo omogoča delovanje v kompleksnih okoljih, kot so kleti in oddaljena območja.
Načini-varčevanja z energijo (PSM in eDRX): Naprava lahko ohrani status registracije v omrežju, vendar ostane dolgo časa v stanju mirovanja in se zbudi samo, ko je potreben prenos podatkov. To lahko zmanjša porabo energije v mirovanju na raven mikroamperov in podaljša življenjsko dobo baterije na več kot 10 let.
Učinkovito razporejanje: uporaba ozkopasovne navzgornje povezave s ponavljanjem signala zagotavlja stabilen prenos majhnih podatkovnih obremenitev (od bajtov do kilobajtov). Razpon zakasnitve je od nekaj sto milisekund do nekaj sekund, kar je primerno za večino telemetričnih aplikacij.
Gostota naprav: ena celica NB-IoT lahko podpira do 50.000 naprav, kar omogoča visoko-gosto uvedbo v mestih.
Varnost: Opomba-IoT podeduje zmogljivo varnostno ogrodje 3GPP, vključno s-preverjanjem pristnosti, šifriranjem in zaščito celovitosti na podlagi kartice SIM.
Prepustnost: Hitrost prenosa podatkov je na desetine kbps, optimizirana za majhne in redke prenose podatkov.
Praktična uporaba
Inteligentno merjenje
Javna komunalna podjetja so eno glavnih področij uporabe tehnologije NB-IoT. Vodomerji in plinomerji, ki podpirajo NB-IoT, so nadomestili ročno odčitavanje števcev in lahko zanesljivo prenašajo podatke tudi v globokih zaprtih prostorih, kot so kleti. To poveča natančnost zaračunavanja, olajša odkrivanje puščanja in v največji meri zmanjša ročne operacije. Vodafone in drugi evropski operaterji so uvedli na milijone pametnih števcev NB-IoT.
Sledenje premoženju in logistika
Opomba-Senzorji interneta stvari lahko sledijo lokaciji in statusu blaga, vključno z nadzorom okolja. V primerjavi z rešitvami, ki uporabljajo samo GPS, je bila življenjska doba baterije teh senzorjev znatno podaljšana. China Mobile je na primer uvedel tehnologijo NB-IoT na tisoče tovornjakov s hladno verigo, s čimer je zmanjšal izgube tovora za več kot 15 %.
Spremljanje okolja
Mesta uvajajo NB-IoT senzorje za spremljanje kakovosti zraka, onesnaženosti s hrupom in nivoja vode. V Indiji lahko NB-Senzorji nivoja vode IoT zagotovijo opozorila o poplavah, kar dokazuje potencial te tehnologije v smislu nizkih stroškov vzdrževanja in uvedbe-v občinskem obsegu.
Inteligentna infrastruktura
Opomba-IoT se integrira v pametne ulične svetilke, parkomate in smetnjake. Na Dunaju pametne ulične svetilke uporabljajo NB-IoT za prilagajanje osvetlitve glede na pogoje dejavnosti in tako zmanjšajo porabo energije za 30 %. Pametni koš za smeti bo obvestil komunalno službo, ko bo poln, s čimer bo optimiziral pot in prihranil gorivo.
Zdravstvena nega in nosljive naprave
Opomba-IoT je mogoče povezati z napravami, kot so daljinski merilniki glukoze v krvi, srčni spodbujevalniki in osebni gumbi za klic v sili. Pilotni projekt podeželske telemedicine uporablja NB-IoT za spremljanje bolnikov na območjih z nezadostno širokopasovno pokritostjo, s čimer se zmanjša potreba bolnikov po obiskih bolnišnic.
Kmetijstvo
Senzorji vlage v tleh usmerjajo kmete pri oblikovanju namakalnih načrtov za zmanjšanje porabe vode in povečanje pridelka. Ovratnice za živino lahko sledijo-lokaciji in zdravstvenemu stanju živali v realnem času, s čimer se doseže učinkovitejše upravljanje črede.
Primerjava z drugimi tehnologijami prostranih omrežij z nizko-porabo energije (LPWAN).
LoRaWAN in Sigfox sta dve glavni tehnologiji LPWAN, ki delujeta v nelicenciranem spektru. LoRaWAN je zelo primeren za postavitev v namenskih omrežjih, medtem ko Sigfox ponuja obsežno pokritost prek svojih omrežnih operaterjev. Vendar sta v primerjavi s tehnologijo licenčnega spektra obe občutljivi na motnje in imata lahko omejitve glede zmogljivosti povezave navzgor in dolgoročne-podpore operaterjev.
Nasprotno pa NB-IoT uporablja licenčni spekter, ki zagotavlja operatersko-zanesljivost, globalno standardizacijo in dolgoročno-podporo operaterjev mobilnih omrežij, kar ohranja skladnost z razvojno smerjo LTE-M in 5G. Zato je NB-IoT zelo primeren za javna omrežja, ki jih upravljajo operaterji, medtem ko LoRaWAN običajno ponuja večjo prilagodljivost za omrežja zasebnih podjetij.
Premisleki o inženirskem oblikovanju
Opomba-IoT je dopolnilo in ne nadomestilo za druge brezžične standarde, kot so BLE, Wi-Fi ali Thread, in običajno obstaja skupaj z njimi v hibridnih uvedbah. Inženirji morajo pretehtati prednosti in omejitve NB-IoT:
Zakasnitev: nekajsekundna zakasnitev ne velja za aplikacije, ki zahtevajo nadzor-v realnem času.
Mobilnost: podpora za-preklapljanje med celicami je omejena, zato je opomba-IoT najprimernejša za fiksne ali-naprave z nizko mobilnostjo.
Prepustnost: podatkovna hitrost je omejena na desetine kb/s, zato ni primerna za aplikacije z veliko-podatkov-količino.
Odvisnost od operaterja: pokritost in funkcionalna razpoložljivost se razlikujeta glede na operaterja in regijo.
Učinkovito opozorilo-Uvajanje interneta stvari zahteva posebno pozornost na naslednje vidike:
Kemija baterije: potrebna je skrbna izbira, na primer uporaba-litijevih tionilkloridnih baterij z dolgo življenjsko dobo ali superkondenzatorjev za podporo prenosa impulzov moči.
Zasnova antene: Čeprav je mogoče uporabiti majhne antene, jih je treba skrbno prilagoditi, ko so nameščene pod zemljo ali v kovinskem ohišju, da dosežete najboljše delovanje.
Izbira modula: Inženirji morajo uskladiti funkcije modula in podprte frekvenčne pasove z infrastrukturo omrežnega operaterja.
Posodobitev vdelane programske opreme: posodobitve--po zraku (OTA) je treba izvajati postopno in učinkovito, da prihranite energijo in pasovno širino.
Če razvijate nova NB-IoT integrirana vezja ali module, ima T2M silikon-preverjen IP, ki lahko skrajša čas trženja vaših izdelkov in zmanjša razvojna tveganja.
Regulativni vidiki in vidiki uporabe
Opomba-IoT uporablja licenčni spekter in mora sodelovati z operaterji mobilnih omrežij. Inženirji morajo biti seznanjeni z dodeljevanjem spektra, lokalnimi predpisi in dovoljenji za uporabo. Licenciranje spektra zagotavlja predvidljivo delovanje in zmanjšuje motnje, kar je ključna prednost pred rešitvami LPWAN brez dovoljenj. Poleg tega so sporazumi z operaterji in garancije na ravni storitev ključnega pomena za-uvedbe-na ravni kritičnih mest v panogah, kot so javne službe, zdravstvo in industrija.
Integracija z nastajajočimi tehnologijami
Opomba-IoT se vedno bolj povezuje z drugimi tehnologijami za ustvarjanje zmogljivih hibridnih rešitev:
Hibridna povezava: Naprave lahko uporabljajo NB-IoT za dostop do oblaka in združujejo protokole kratkega-dometa, kot so BLE, Matter ali Thread, da dosežejo lokalno interoperabilnost naprav.
Robna inteligenca: Opomba-Naprave interneta stvari, integrirane s pospeševalniki umetne inteligence z nizko{1}}porabo energije, lahko obdelujejo podatke lokalno. Industrijski senzorji za vibracije lahko na primer analizirajo vzorce vibracij na-lokaciji in pošiljajo samo neobičajna opozorila, s čimer znatno prihranijo pasovno širino.
Satelitska integracija: Opomba-Moduli interneta stvari se preskušajo s sateliti z nizko zemeljsko orbito (LEO), da bi zagotovili povezave za pomorske, rudarske in oddaljene kmetijske aplikacije.
Razvoj varnosti: Cilj raziskav v post-kvantni kriptografiji je razviti lahke, kvantno-odporne algoritme, ki se lahko izvajajo na napravah NB-IoT, s čimer se poveča sposobnost omrežja, da se upre nastajajočim grožnjam.
Industrija 4.0: Razširljivost in visoka energetska učinkovitost NB-IoT omogočata gradnjo gostih senzorskih omrežij v pametnih tovarnah, vključno s senzorji za spremljanje stanja, električnimi števci in logističnimi oznakami.
Obeti za prihodnost
Opomba-IoT je bil vključen v načrt 5G MTC, kar zagotavlja njegov stalen razvoj in razvoj. Zaradi integracije s hibridnimi omrežji, robnim računalništvom, satelitsko povezljivostjo in industrijo 4.0 je temeljna tehnologija za razširljiv ekosistem interneta stvari z nizko{4}}porabo energije. Ko mesta in industrije sprejemajo pametnejšo infrastrukturo, se pričakuje, da bo-IoT v prihodnjih desetletjih postal zmogljiva in stroškovno-učinkovita povezovalna rešitev.
Uporaba NB-IoT v-razmestitvi iot v velikem obsegu
Opomba-IoT je posebej zasnovan za izpolnjevanje osnovnih zahtev-aplikacij interneta stvari velikega obsega: visoka energetska učinkovitost, široka pokritost,-razširljivost velikega obsega in močna varnost. Zapolnjuje ključno vrzel med tradicionalnimi brezžičnimi protokoli in lastniškim LPWAN z zagotavljanjem operaterskih-razredov, globalno standardiziranih rešitev.
Njegova praktična uporaba na področjih, kot so pametno merjenje, spremljanje okolja, logistika, zdravstvo in kmetijstvo, je dokazala svojo učinkovitost v različnih scenarijih uporabe. Kljub svojim omejitvam v smislu zakasnitve, mobilnosti in prepustnosti Opomba: -IoT ostaja pomembna dopolnilna tehnologija za gradnjo obsežnih-energijsko-učinkovitih in varnih omrežij interneta stvari.
Z milijardami naprav, povezanih v omrežje, je za inženirje, ki razvijajo stabilne in-orientirane sisteme, ključnega pomena, da razumejo prednosti in slabosti, tehnologije uvajanja in integracijski potencial NB-IoT.
