Qu'est-ce que l'IdO à bande étroite (NB-IoT) ?

Qu'est-ce que NB-IoT ?

Avec l'introduction des produits non cellulaires LPWAN (Low Power Wide Area Network) telles que LoRa et SigfoxLe secteur de la téléphonie mobile a réagi à ces technologies émergentes en lançant le NB-IoT (Narrowband Internet of Things) pour les applications IoT et M2M (Machine-to-Machine). Cette technologie a été introduite dans le cadre de la version (13) de l'organisme de normalisation cellulaire 3GPP, également connue sous le nom de LTE CAT-NB. Les principaux objectifs de l'introduction de NB-IoT étaient d'introduire une longue durée de vie de la batterie, une faible latence, une faible consommation d'énergie et une meilleure couverture à l'intérieur des bâtiments. Une autre caractéristique intéressante des déploiements NB-IoT est leur capacité à coexister avec les technologies 2G, 3G et 4G réseaux mobiles, et le 3GPP a déjà pris des dispositions pour l'inclusion de NB-IoT dans les réseaux de téléphonie mobile de l'Union européenne. 5G normes. Entrons maintenant dans les détails du fonctionnement de NB-IoT et de ses caractéristiques.

Comment cela fonctionne-t-il ?

NB-IoT utilise le réseau mobile pour la transmission des données. Les données des capteurs sont collectées et transmises à des nœuds de transmission ou à des stations de base NB-IoT. Ces nœuds de transmission sont connectés à un Passerelle IoT et les serveurs d'application en nuage de l'IdO en vue d'un traitement ultérieur.

Il existe trois principaux modes de fonctionnement pour le déploiement de NB-IoT, à savoir : In-band, Guard-band et Standalone : In-band, Guard-band et Standalone. Dans le mode d'exploitation en bande, un bloc source unique d'une largeur de bande de 180 KHz dans la bande GSM allouée est utilisé pour NB-IoT. En bande de garde, la porteuse NB-IoT est transmise en utilisant la bande de garde inutilisée d'une porteuse LTE. Enfin, la porteuse NB-IoT est transmise comme une porteuse autonome en mode de fonctionnement autonome.

Le mode de fonctionnement autonome donne les meilleures performances, mais la plupart des cas d'utilisation déployés utilisent le mode de fonctionnement en bande de garde, ce qui a un impact sur les performances de l'appareil. LTE. Toutefois, cette dernière méthode est probablement plus rentable. D'autre part, le mode de fonctionnement en bande réduit les performances du LTE et du NB-IoT, car il empaquette la porteuse NB-IoT dans le spectre LTE alloué.

La transmission des données de NB-IoT dans le canal de liaison montante s'effectue efficacement, car NB-IoT est semi-duplex. Ici, une connexion est d'abord établie avec le réseau cellulaire, puis l'allocation des ressources du réseau au nœud a lieu, et enfin la transmission des données a lieu. Pour élaborer davantage le processus, l'appareil sera initialement déconnecté du réseau jusqu'à ce qu'il ait des données à transmettre. Après avoir établi la connexion, l'appareil maintient le contrôle des ressources radio (RRC) connecté pendant une durée configurable jusqu'à ce que le RRC soit inactif, puis il se déconnecte. NB-IoT a permis de mettre fin immédiatement à la connexion une fois que la confirmation des données a été reçue, réduisant ainsi la consommation d'énergie excessive héritée des réseaux LTE, qui supposent des connexions actives. En outre, pour envoyer des données à une application, deux optimisations pour l'internet cellulaire des objets (CIoT) dans le système de paquets évolués (EPS) sont définies dans NB-IoT, qui sont appliquées au plan utilisateur et au plan de contrôle.

Caractéristiques et avantages de NB-IoT

Examinons maintenant quelques caractéristiques et avantages intéressants de NB-IoT.

• Faible consommation d'énergie : NB-IoT réduit la consommation d'énergie des nœuds périphériques alimentés par batterie en utilisant des fonctions telles que le mode d'économie d'énergie (PSM) et la réception discontinue étendue (eDRX). Le PSM est une fonction de l'équipement de l'utilisateur (UE), qui indique à quelle fréquence et pendant combien de temps il doit être actif pour transmettre des données. L'eDRX est une fonction étendue de la fonction de réception discontinue (DRX) déjà existante dans le LTE, qui permet à l'UE de se détacher du réseau pendant une période de temps imperceptible. Ces deux fonctions visent à offrir une autonomie de plus de 10 ans aux nœuds périphériques dotés d'une batterie d'une capacité de 5 Wh.
•  Meilleure couverture : la perte de couplage maximale (MCL) pour NB-IoT est de 164 dB, ce qui permet une couverture profonde dans les tunnels, les sous-sols, les zones rurales et les environnements ouverts. Il s'agit d'une amélioration de 20 dB par rapport au LTE et d'une multiplication par 7 de la zone de couverture.
• Faible coût des dispositifs avec de faibles débits de données : En raison de la faible complexité des dispositifs, les prix des dispositifs varient autour de $6 par module. Un autre facteur qui contribue à la moindre complexité des dispositifs est le mode de communication half-duplex déployé dans NB-IoT.
•  Capacité à connecter un nombre massif d'appareils à faible débit : Prise en charge d'au moins 50 000 dispositifs connectés dans un secteur de site cellulaire. Le débit de données prévu pour la liaison montante et la liaison descendante est d'environ 160 bps.
• Des canaux plus étroits : La largeur de canal pour NB-IoT est de 180 kHz. Cela réduit la complexité de la conception des appareils ainsi que leur puissance et leur coût. NB-IoT attribue à chaque UE une ou plusieurs sous-porteuses de 15 kHz dans le bloc de ressources attribué de 180 kHz. Il est possible de réduire ce bloc à 3,75 kHz, ce qui permet à un plus grand nombre d'appareils de partager l'espace.
• Une latence plus faible : NB-IoT vise des temps de latence inférieurs à 10 secondes.
• Capacité améliorée : Des fonctionnalités telles que l'optimisation de la signalisation, la transmission à bande étroite, la demande de répétition automatique hybride (HARQ) et la modulation adaptative permettent de connecter des millions d'appareils NB-IoT dans une zone donnée.
• Sécurité héritée : NB-IoT hérite des fonctions de sécurité de LTE, y compris l'authentification basée sur la carte SIM.
• Pas de mobilité : NB-IoT ne prend pas en charge le transfert et doit donc rester associé à une seule cellule ou rester stationnaire.

Application de NB-IoT

Certains des domaines d'application intéressants de l'IdO NB sont énumérés ci-dessous :

• Les compteurs intelligents : Grâce à ses capacités de pénétration et de couverture accrues, le NB-IoT est bien adapté aux systèmes de comptage souterrains et aux systèmes de comptage à distance.
• Suivi des personnes moins mobiles : NB-IoT est idéal pour le suivi d'utilisateurs peu mobiles.
• Villes intelligentes : NB-IoT peut connecter des millions d'appareils à faible débit, ce qui est crucial pour la conception de systèmes plus complexes tels que les villes intelligentes.
• Applications pour les bâtiments intelligents et l'IdO industriel (IIoT) : NB-IoT peut surveiller les données environnementales et de maintenance via les connexions haut débit établies dans les bâtiments et les usines.

Quand envisager NB-IoT ?

NB-IoT est bien adapté aux appareils dormants à faible consommation d'énergie. Il est également adapté à l'IdO et à la M2M les cas d'utilisation où de faibles débits de données et une mobilité réduite sont nécessaires avec un faible coût, une forte couverture et une forte densité d'appareils connectés pour une plage de fonctionnement donnée. Selon [1], les plus grandes parts de marché du NB-IoT en Europe sont détenues respectivement par les secteurs de l'infrastructure et de l'agriculture, suivis par les secteurs de l'automobile et des soins de santé. Cela vous donnera une idée du moment où vous devriez envisager l'utilisation du NB-IoT dans votre application.

NB-IoT vs LTE-M

Le NB-IoT et le LTE-M ont été introduits en 2016 par la version 13 du 3GPP. Tout d'abord, le LTE-M offre des débits de données plus élevés et des temps de latence plus faibles que le NB-IoT. En outre, le LTE-M est capable de prendre en charge la communication vocale et la communication de données, alors que le NB-IoT ne peut prendre en charge que la communication de données. De plus, en raison de son héritage du LTE, le LTE-M est doté d'une capacité d'itinérance prête à l'emploi, ce qui permet de l'utiliser dans un plus grand nombre d'applications mobiles.

Cependant, NB-IoT offre une meilleure capacité de couverture et de pénétration que LTE-M. En outre, NB-IoT est rétrocompatible avec les réseaux cellulaires 2G et 3G, ce qui est un inconvénient pour LTE-M, car ces réseaux cellulaires sont encore largement utilisés. Enfin, NB-IoT est une solution plus rentable que LTE-M en raison de sa faible largeur de bande et de ses faibles débits de données.

Vérifier le différence entre NB-IoT et LoRa dans l'IoT si vous êtes intéressé(e).

Conclusion

Selon [1] , le marché mondial du NB-IoT est évalué à 578,0 millions USD en 2018 et devrait croître comme suit 3GPP a déjà pris des dispositions pour le NB-IoT dans les communications cellulaires 5G. Cela permettra une plus grande couverture et de nombreux appareils interconnectés, ce qui conduira à des déploiements massifs de l'IoT. Il vaut donc la peine d'envisager le NB-IoT dans votre application IoT statique à faible consommation d'énergie.