nb-iot技术模块是什么?详解!

2021-08-25 09:52:02 admin 3

窄带物联网或NB-物联网是为无线通信标准物联网在其不同的形式。NB-IoT 属于低功耗广域网 ( LPWAN )类别,能够连接需要少量数据、低带宽和长电池寿命的设备。这使其适用于物联网的各种应用和用例

NB-IoT (窄带物联网)是一种窄带无线电技术,适用于 M2M 和物联网(IoT)设备和应用,需要以相对较低的成本在更远的范围内进行无线传输,并且使用很少的功率来延长电池寿命。

NB-IoT 将更好地为需要更频繁通信的物联网应用提供服务,NB-IoT 在许可频谱上运行没有占空比限制(ABI 研究)

在 NB-IoT 应用中,通常需要很少传输少量数据。窄带物联网在 2016 年成为此类无线通信的标准,近年来移动运营商已经并且许多仍在部署网络功能,为客户提供窄带物联网覆盖。

NB-IoT 也被称为 LTE Cat-NB。其他术语如 LTE Cat-NB1 和 Cat N1 适用于 2016 年发布的 NB-IoT 规范。 今天,也有 Cat N2 或 Cat NB2 设备使用后来出现的增强型 NB-IoT 规范,目前正在路上走向商业化。

NBIoT窄带-IoT主要规格

NB-IoT 属于 LPWA 网络标准和协议(LPWAN)类别这是IoT 堆栈许多类型的无线 IoT通信标准所使用的名称,这些标准允许使用带电池的设备以相对较低的功率在广域网(广域网或 WAN,在本例中为 WWAN 或无线 WAN)进行传输(因此'LP')用于不频繁的,主要是小数据量的传输。

根据 ABI Research 的数据,到 2026 年,NB-IoT 和 LTE-M 将占据 36 亿个 LPWA 网络连接中的 60% 以上。在剩余的 40% 份额中,LoRaSigfox将占非蜂窝 LPWA 网络连接的 80% 以上。

NB-IoT:移动行业对非蜂窝LPWAN的回应

NB-IoT 和 LPWAN 家族中的另外两个标准(虽然不是每个人都同意都属于该家族,但它被广泛接受)是第一个,并且在未来很多年里只有蜂窝 LPWAN 标准5G 和物联网即将出现

蜂窝只是意味着他们使用蜂窝技术,就像智能手机一样。小区本质上是一个小区站点覆盖的区域,当你旅行时,小区之间有一个切换。

另外两个蜂窝 LPWAN 标准是 eMTC (现在通常称为 LTE-M)和 EC-GSM-IoT。这些标准一起通常被称为“移动物联网”,尽管该术语令人困惑,因为旧的移动蜂窝技术已经并且经常用于 M2M 和物联网。

从实际的角度来看,蜂窝 LPWAN 标准到来的后果是,传统的蜂窝移动运营商提供 NB-IoT (通常在非蜂窝网络之上,主要是 LoRaWAN 和/或与 LTE-M 一起提供)并且具有蜂窝网络技术(例如 QoS 或服务质量)以及与运营商网络及其业务生态系统合作所固有的一些好处/后果

所谓的非蜂窝 LPWAN 标准可通过各种类型的公司和参与者获得,具体取决于您所在的地区。在这些非蜂窝标准之一的情况下,LoRa,您会发现许多移动运营商也出于历史、实际和商业原因提供它,这对于 NB-IoT 文章的范围来说太过分了. LoRa 和 LoRaWAN 之上的其他非蜂窝选项包括 Sigfox。LoRa 和 Sigfox 占非蜂窝 LPWAN 连接的大部分(并且至少到 2023 年,可能更晚,整个 LPWAN 连接)。

NB-IoT 可以“带内”部署,利用普通 LTE 载波内的资源块,或 LTE 载波保护带内未使用的资源块,或“独立”部署在专用频谱中

与其他蜂窝标准一样,NB-IoT 使用授权频谱(非蜂窝 LPWA 网络技术使用非授权频谱)。NB-IoT 使用 LTE (长期演进,假设是 4G 无线宽带标准,尽管这是一种简化)的一个子集,并且可以以三种不同的方式进行部署。

如果您熟悉 LoRa(WAN) 等一种或多种非蜂窝 LPWAN 选项,您可以将 NB-IoT 视为移动行业对这些产品的最直接解决方案。

窄带物联网和海量物联网

在实践中,您将主要看到 NB-IoT 和 LTE-M 之间的比较,因为这是两个选项,制造商、服务提供商和网络运营商的移动行业生态系统都希望您在两者之间做出选择,而且从细胞视角。

如果 LPWAN 对您来说是新的,或者当您看到有人声称它是新的,这并不是因为它实际上是一个新的无线物联网通信类别,而是因为经过多年的延迟,这主要与不同的技术有关被提议和移动行业的业务选择蜂窝LPWA网络在许多地区都在这里。

LPWAN 有时也归类在术语“大规模物联网”下,这是另一个行业术语,仅表示通常传输少量数据的“数十亿”设备,通常每隔一段时间发送一次(因此不时进行持续传输)并且需要与 NB-IoT 和其他产品一样,延长电池寿命。

在讨论规范、用例、开发等之前,先谈谈规范和标准化,如果您感兴趣,可能有助于理解一些细节。移动(蜂窝)行业的标准化机构,称为 3GPP (第三代合作伙伴计划),与编号的“版本”合作,其中新标准和增强的规范在特定时间被冻结。这些版本涵盖了多个移动技术成员(移动行业)的工作。

  • NB-IoT 的规范在“第 13 版”:LTE Cat-NB1 中被冻结。

  • 在第 14 版中,添加了前面提到的增强规范:LTE Cat-NB2 (以及更多的首字母缩略词)。

  • 标准中可以使用的节能模式可以追溯到更早的版本。

全球 NB-IoT 设备年出货量预计在 2019 年增长近两倍,达到 1.42 亿台
全球 NB-IoT 设备年出货量预计在 2019 年增长近两倍,达到 1.42 亿台

NB-IoT 和 LTE-M:主要蜂窝 LPWAN 选项之间的一些差异

让我们来看看 NB-IoT 和 LTE-M 之间的一些典型差异,因为这是一个经常问到的问题,不会太技术性(目前,将添加更深入的技术细节)

在我们开始之前很重要,即使它可能很明显:当您想知道哪种 LPWAN 或更广泛的 IoT 通信标准最适合您的需求以及 NB-IoT 是否适合您的项目时,不要只查看功能和技术规格。此外,请注意您寻求的信息来源,因为如今商业利益很高。

虽然迄今为止早期部署主要集中在智能计量等传统垂直领域,但我们预计 NB-IoT 将在 2019-2020 年被集成到更广泛的产品中,包括家用电器、门锁和烟雾探测器(Fredrik Stalbrand,高级Berg Insight 分析师)

在任何时候,接触的可信赖的合作伙伴的区域(一个或多个)要盖与您的应用程序。功能通常以理论可能性和最大值表示,而不考虑应用程序的设置方式。

速度和电池寿命尤其如此(有多种节能方法,但有些可能不适合您的情况)连接性也适用于更广泛的情况,最后,网络的可靠性、质量和管理以及潜在合作伙伴的路线图及其合作伙伴生态系统都很重要。事实上,您已经与运营商生态系统中的合作伙伴或其他项目的连接提供商合作的机会很高。商业案例和项目的成功至关重要。

话虽如此,与 LTE-M 和其他 LPWA 网络选项相比,NB-IoT 的一些特性。

NB-IoT:不如LTE-M“强大”

在现在网络中可用的两种主要蜂窝 LPWAN 标准(即 NB-IoT 和 eMTC/LTE-M)中,NB-IoT 在速度、数据传输能力、对真正移动使用的支持方面是最不“强大”的案例等等;在其他领域,它更好。

NB-IoT 数据架构和关键特性的设置会影响 NB-IoT 设备的性能、成本甚至漫游能力

总的来说,这意味着 NB-IoT 将更多地用于类似于经常发现非蜂窝标准的项目中部署的应用程序。示例包括智能农业、多种智能城市应用(例如智能停车场、智能街道照明、废物管理)、一些智能家居应用、智能电表 (以及给定的室内渗透,见下文,分表计量)、制造自动化、智能电网应用、烟雾探测器,具有许多低功耗设备的工业物联网应用IIoT ),也属于工业 4.0例如状态监测甚至预测性维护、智能锁、环境监测、跟踪器等。

因此,确实范围很广,因为许多用例类别包含更多,并且此列表并不详尽。事实上,在很大程度上,非蜂窝 LPWAN 和 NB-IoT 中的用例之间存在重叠。但是,也有其他元素。

NB-IoT时延

与 LTE-M 相比,NB-IoT 不太适合需要非常低的网络延迟的情况。

NB-IoT 技术的优势包括在覆盖挑战地区的低能耗和高可靠性

因此,在可能需要近实时数据的应用中,您会发现它较少,在这种情况下,LTE-M 更适合。NB-IoT 和 LTE-M 都在通向 5G 的道路上发挥作用,其中极低的网络延迟支持需要速度且通常至关重要的用例。通信标准的选择并不是这里的唯一要素。顺便说一句:如果您出于某种原因需要快速分析特定的传感器数据,并且这不是专门针对通信技术的,请查看边缘计算和物联网从本质上讲,边缘计算使您能够分析更接近源的数据,并且在与某些或数据中心进行任何通信之前(如果甚至需要的话)

回到 NB-IoT:延迟通常等于或小于 10 秒(大约 1.6 到 10 秒)对于 LTE-M,我们谈论的是 100 到 150 毫秒的延迟。

NB-IoT 和移动性

与 LTE-M 不同,NB-IoT 不完全支持移动性(LTE-M 也支持语音)。这是指我们的小区和切换,尽管自 3GPP 第 13以来已经发生了变化(第 14 版在 NB-IoT 的许多特性方面有一些改进)

尽管如此,NB-IoT 在具有固定(静止)资产和设备的应用程序和用例中更为普遍您可能已经在我们上面提到的应用程序类型和用例中注意到了这一点。注意:这并不意味着 NB-IoT 不能用于我们有时听到的移动资产和设备;它只是有限的。例如,具有跟踪器的实时 NB-IoT 应用、共享自行车应用、具有移动组件但吞吐量很小的环境应用、智能物流等。

多一点技术性:使用 NB-IoT,设备需要在移动时重新选择小区;对于 LTE-M,情况并非如此。因此,它不太适合移动设备(并且电池的重新选择会影响电池寿命,因为它会消耗电力)一般而言,固定资产(如智能电表或销售点终端)是 NB-IoT 的典型领域,但不是唯一的领域,而对于“真正的无缝移动”而言,则是 LTE-M。

NB-IoT:关注能源效率

NB-IoT 也更注重低能耗,因此比 LTE-M 低功耗,这也与 LTE-M 是更强大的选择有关。

这对您的物联网项目至关重要。如果您使用许多带电池的 IoT 设备,那么如果这些电池需要更快更换,项目的总成本就会增加。Tom Casaer 提到的一个例子,他的公司AllThingsTalk一直在与许多运营商合作推出他们的 LPWA 网络并提供:在荷兰,有一个带有捕鼠器的物联网项目来保护该国的许多堤防. 如果您需要更换该项目或类似项目中所有硬件中的电池,成本很高,因为这是一项手动工作,它是一项服务。因此,电池寿命越长,投资回报率和商业案例的整体价值就越高。极低的功耗还意味着可能有大量设备的用例可能会更多。

NB-IoT 理论上可提供长达 10 年甚至略高于 10 年的电池寿命。在这方面它优于LTE-M。请注意,它可能远不到十年,因此您可能会大吃一惊(我们阅读了一些令人震惊的案例,但您必须与您的合作伙伴核对您的项目)

您的应用程序的充足设置将定义实际的电池寿命,包括节能选项(eDRX 和 PSM 或省电模式)的使用,我们稍后将深入解决这些问题,或者在您的项目中使用 NB-IoT 功能,例如正如前面提到的小区重选等等,下面是一些例子。长达 10 年(许多人说甚至可能更长)是市场营销,并且在任何时候,您的应用程序都必须检查可能消耗功率的设置和选项,甚至可能不知道,在不需要的情况下。哦:这也取决于电池以及它们当然如何发展,是的,有一些方法可以延长电池寿命和特定的电源创新。

NB-IoT 和室内/地下渗透

对您而言,一个重要因素可能是 NB-IoT 的室内渗透能力(以及整体增强的覆盖范围)

一个 NB-IoT 基站单元估计有能力支持使用 NB-IoT 连接的数千台设备

从室内渗透的角度来看,行业通常使用的一个例子是地下室的智能电表(记住分表)使用该示例也是合理的,因为智能电表推动了 LPWAN 市场(但这意味着所有方法和标准,包括非蜂窝选项和智能电表,可能意味着很多事情,因此您可以将不同技术用于不同应用中的不同电表)出于各种原因,或多或少是同一地区,这又会让我们走得太远)

由于 NB-IoT 使用窄带(或更窄的带宽和单个窄带,准确地说是 200KHz 或 180KHz),它允许增加传输功率密度,并且与其他覆盖增强功能一起,是使室内渗透和达到整体较好

想想建筑物,偏远且难以到达的地方,甚至在某种程度上甚至是地下。LTE-M 也适用于室内覆盖,但 NB-IoT 更好。关于范围和渗透的技术资料,或者,一句话,覆盖范围:NB-IoT 的最大耦合损耗为 164 dB,与 GPRS 相比,链路预算要好 20 dB。

更多窄带物联网功能

其他特性:NB-IoT 不提供与 LTE-M (半双工)相同程度的双向性

它确实支持无线固件更新(但同样会影响功耗,从而影响这十年),并且作为一种蜂窝技术,它具有服务质量(QoS)和安全性方面的优势。

平均数据速率(下行速度和上行速度)显然取决于,并且已经报告了各种平均数据速率。当然,它们通常低于最大值。

NB-IoT 跨区域

NB-IoT 最初部署在欧洲和亚洲。就像许多无线物联网协议的情况一样,不仅是 LPWAN 类型,目前为止 NB-IoT 的主要市场是中国。

在美国和北美,运营商首先部署了 LTE-M 网络。尽管大多数最初并不打算这样做,但他们现在也推出了 NB-IoT 产品,其中一些如 AT&T 和 Verizon 于 2019 年推出。在欧洲,许多运营商在推出 NB-IoT 后目前正在进一步研究 LTE-M。有些提供非蜂窝 LPWAN (LoRa) 与 LTE-M 相结合,甚至偶尔与 NB-IoT 结合使用。策略不同,不仅是每个运营商,有时每个国家/地区的运营商也因当地原因而不同。

到 2026 年,NB-IoT 和 LTE-M 将占据 36 亿 LPWA 网络连接的 60% 以上

所有这些演变并不像看起来那么令人惊讶或奇怪。在美国,运营商从 LTE-M 开始,后来推出 NB-IoT,即使他们不想,也有多种原因。哪些蜂窝网络存在于何处以及哪些网络(即将)关闭是原因之一。

LTE-M 被推荐并首先在美国部署的原因之一是北美已经有无处不在的 4G 覆盖。LTE-M 本质上是 LTE 的“轻量级”版本。

NB-IoT 是一场不同的比赛。你可以说它是“新的”,从 2014 年开始提出了各种格式。它重用了 LTE 的几种技术,旨在为现有的非蜂窝 LPWA 标准提供增强的蜂窝替代方案,支持与情况不同的各种市场场景在美国。

NB-IoT 部署已经推迟了好几年,现在仍然如此。一些运营商出于各种原因持观望态度。一些参与者对 NB-IoT 及其将如何取代非蜂窝产品非常乐观,但后者不会像多年前预测的那样在短期内发生。

我们将提及一些,因为今天它们仍然有影响(或者在您阅读本文时可能会产生影响,其余的就像我们一直以来的所有网络标准和“战争”一样:很高兴知道您是否关心,上面写了很多,但是一旦事情明朗并且“赢家”在几年后就会显现出来,只有内部人士记得,对于使用标准/网络的公司来说,这无关紧要,因为连接变得无处不在并且成为一种商品。

ABI Research 首席分析师 Adarsh Krishnan 评论 LPWAN 市场演变以及 NB-IoT 和 LTE-M 的延迟部署
ABI Research 首席分析师 Adarsh Krishnan 评论 LPWAN 市场演变以及 NB-IoT 和 LTE-M 的延迟部署

(已)发挥(ed)作用且似乎值得一提的元素:

NB-IoT 有几个提案。其中之一是推广它的公司希望在 LTE-M 上进一步开展工作。另一个人希望使用 Neul 公司开发的技术或多或少地从头开始构建 NB-IoT。

两者都被隐瞒,结果是兼容性问题,尽管有人否认并被其他人强调,但事实是这些挑战导致了问题并影响了市场。

在确定于 2019 年 10 月至少推出了一种 NB-IoT 或 LTE-M 技术的 114 家服务提供商中,近 25% 的公司同时推出了这两种技术

鉴于 NB-IoT (和 LTE-M)在实践中对于许多人来说仍然相对较新,并且组件和硬件生态系统中也有很多公司参与,因此存在一些问题。事实上,根据 ABI Research (2019 年 6 月)的数据,网络硬件和连接模块的问题在 2018 年仍然存在,并在 2019 年得到解决。

另一个挑战是您在移动行业(以及其他相关行业)中经常会看到的挑战:资金、利润以及优先事项。低功耗广域网在支出方面并不代表一个巨大的市场(成本需要低)

这不仅是影响运营商等利益相关者决策的一个因素,也是 LPWAN 生态系统诞生的一个因素,首先(非蜂窝生态系统,即)

业内也几乎不相信不会有真正的 LPWAN 市场机会和运营商,整个行业更多地关注当下(和未来)更重要的收入机会,这当然超出了物联网。此外,客户使用现有的(昂贵的)蜂窝技术(即使在今天,到目前为止,也代表了大多数连接)。

然而,市场就是市场,在这种非蜂窝类型的情况下,竞争者迟早会开始建立一个有趣的小市场,如果作为移动蜂窝播放器,你不采取行动,你就会错失良机。因此,为什么许多运营商至少现在提供未授权频段选项,以及考虑到之前的挑战,为什么许多运营商可能会继续一段时间。然而,运营商也很难通过 NB-IoT 获利,除非他们在合作伙伴、服务和当地市场情况下处于有利地位。但即便如此,它仍然很难。这又与成本、SIM 卡以及您看不到的主要成本有关。而且,让我们面对现实,如果您看一下整个市场(全球和包括中小企业),物联网还不是主流。

NB-IoT 漫游:第一步

现在移动网络运营商越来越多地部署他们的 NB-IoT 网络,他们也开始了运营商间漫游协议,就像他们在LTE-M 漫游方面所做的一样

NB-IoT 在许可频谱中运行,并且与 LTE 一样,在上行链路中使用频分多址(FDMA),在下行链路中使用正交 FDMA (OFDMA),以及正交相移键控(QPSK)调制

AT&T 和 Vodafone Business 于 2019 年 10 月底签署了第一份漫游协议,实现了 NB-IoT 在美国和欧洲部分地区的漫游,特别是西班牙、德国、意大利、英国和荷兰的 Vodafone 网络。这还不是真正的大规模漫游,但两家运营商之间的漫游协议创造了全球最大的 NB-IoT 足迹,自 2019 年底以来,两家运营商的客户都可以使用。

显然,更多这样的 NB-IoT 漫游协议将随之而来,通过一个 SIM 卡实现跨多个网络的操作。事实上,Vodafone Business 和 AT&T 也是第一个 LTE-M 漫游协议的主要发起者,他们表示,他们希望将这两种大规模物联网蜂窝技术的漫游覆盖范围扩大到与全球 4G 类似的水平。

NB-IoT – 连接数和网络数

关于 NB-IoT 正在发展的这个页面远非详尽无遗,因为我们仍将涵盖当今使用 NB-IoT 的所有技术细节和更多方式。

蜂窝物联网 - 2019 年底大规模物联网推出,2025 年大规模物联网连接
截至 2019 年 11 月,爱立信对 NB-IoT 和 Cat-M 的预测

不过,NB-IoT 还不是主流。如果您对 NB-IoT 使用的现实感兴趣,则必须一方面区分 NB-IoT 网络部署和提供 NB-IoT 的运营商数量,另一方面区分实际连接。

虽然这看起来很明显并且与营销工作密切相关,但在这个阶段,这很关键,因为您可以获得关于 NB-IoT 状态的非常不同的图片。此页面将更新以反映不断发展的市场并提供有关 NB-IoT 的更多信息。

那么,有多少个 NB-IoT 连接和网络?根据 GSMA 的更新,有 34 个 LTE-M 网络和 89 个 NB-IoT 网络。截至 2019 年 10 月,爱立信移动报告 2019 年 11 月引用了 GSA 的数据,表明共有 114 家服务提供商提供大规模物联网连接,其中近 25% 已推出 NB-IoT 和 LTE-M。




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