Анализ архитектуры NB-IoT для архитекторов IoT

Думаете об использовании узкополосного Интернета вещей (NB-IoT) для развертывания устройства сбора данных Интернета вещей? Вот что нужно знать дизайнерам и инженерам об архитектуре NB-IoT, чтобы создать продукт, который не только работает, но и повышает ценность для клиента.

Архитектура NB-IoT в сравнении с LTE-M

Как вы, наверное, уже заметили, любое обсуждение NB-IoT обычно включает упоминание LTE-M. Обе технологии сотовой связи с низким энергопотреблением и большой территорией (LPWA) разработаны для приложений IoT; оба набирают обороты в разных географических местах. (Если вы надеетесь использовать NB-IoT для своего продукта, убедитесь, что вы приняли во внимание потенциальные препятствия.) Обсуждение того, как структурировать устройство NB-IoT, иногда частично относится к LTE-M для контекста. потому что архитектура NB-IoT очень похожа на архитектуру LTE-M.

Основное различие между NB-IoT и LTE-M заключается в следующем:для NB-IoT требуется канал с более узкой полосой пропускания (200 кГц против 1,4 МГц), и устройства могут быть развернуты в нетрадиционных диапазонах, включая защитные диапазоны LTE (диапазоны, которые в настоящее время не используются, которые примыкают к основным полосам LTE), а также полосы, специфичные для IoT. Многие развертывания NB-IoT помещаются в ограничительные диапазоны, потому что это хороший способ для сотовых компаний монетизировать неиспользуемый спектр. Устройства NB-IoT также могут быть развернуты в автономных диапазонах с использованием любого доступного спектра, при условии утверждения регулирующими органами, или в рамках распределения спектра LTE. Мы обсудили другие отличия в предыдущем посте.

Хотя это обеспечивает огромную гибкость для операторов сотовой связи и других сетевых провайдеров при реализации сети NB-IoT, это создает некоторые серьезные проблемы для разработчика устройств, связанные с роумингом. Люди используют термин роуминг означать разные вещи, но для целей этой статьи это означает возможность «отправлять и получать данные ... при поездках за пределы географической зоны покрытия своей домашней сети». Роуминг входит в долгосрочную дорожную карту для NB-IoT, но гибкость стандарта NB-IoT в сочетании с ограничениями ограниченного устройства, которое, вероятно, будет получать доступ к сети NB-IoT, делают роуминг практически невозможным во время этого написание для всех практических целей. Таким образом, создание устройства, которое можно использовать в разных сетях, на самом деле намного сложнее с NB, чем с LTE-M (что само по себе немалое), потому что устройства NB-IoT должны быть настроены для использования определенных диапазонов с самого начала. В настоящее время нет доступного модуля, который позволил бы вам выбрать, какой диапазон вы поддерживаете во время выполнения, поэтому вы в основном застряли в выборе нужных диапазонов при производстве. Хотя это может обеспечить небольшую операционную эффективность, на практике у вас будут разные артикулы, даже если устройства выглядят одинаково, и вам нужно будет знать, где именно вы будете использовать устройство, при его создании.

Эта проблема не касается всех (или даже большинства) приложений, но ее определенно стоит выделить. Приложения, которые, скорее всего, будут использовать NB-IoT, - это такие вещи, как счетчики воды и газа или датчики в фиксированном месте - статические ресурсы, которые предназначены для датчика, который разговаривает один раз в день в течение 10 лет, и все. Почти во всех этих случаях вы знаете, где будет размещено это устройство, и не планируете менять его местоположение. (В некоторой степени это также проблема для LTE-M, но она усиливается в NB-IoT.)

Основные части архитектуры NB-IoT

Архитектура NB-IoT аналогична архитектуре LTE-M. Это те же самые строительные блоки:

Антенна

В большинстве случаев вы будете работать с сотовой компанией, чтобы развернуть свое устройство; компания развернет его в диапазоне LTE или рядом с ним, поэтому вам необходимо использовать антенну, которая работает в этом диапазоне.

Антенны рассчитаны на определенные частоты. Не всегда может быть только одна антенна, поддерживающая все возможные диапазоны NB-IoT, хотя есть многодиапазонные антенны, которые поддерживают все основные из них. Вы будете платить за эти антенны в долларах и размере, которые имеют решающее значение для большинства приложений NB-IoT. Если ваша сеть NB-IoT находится в стандартном диапазоне GSM или LTE, вы можете использовать обычную антенну, но для нетрадиционных диапазонов это то, что вам нужно знать. (Диапазон, который вам придется использовать, определяется сочетанием факторов, включая нормативную структуру страны, в которой вы находитесь, активы спектра, которыми владеет сотовая компания или сетевой провайдер, и то, как они выбирают развертывание NB-IoT. Для LTE-M, как правило, сотовый оператор будет использовать существующий блок ресурсов LTE. Но для NB-IoT сетевые операторы могут поместить сеть в лицензированный спектр, которым они владеют, что выходит за рамки традиционных назначений сотовых диапазонов.)

Модем (или модуль) NB-IoT

Далее выбираем модем (также называемый модулем). Набор микросхем NB-IoT обычно встроен в модуль, который вы затем создаете в своем продукте.

Выбранный вами модуль должен быть сертифицирован PTCRB (для работы в Северной Америке) или GCF (Глобальный форум по сертификации для глобального использования). В идеале он также должен быть сертифицирован сотовой компанией или оператором связи, например AT&T или Verizon, что снизит вашу нагрузку по сертификации. Например, если вы используете модули от Gemalto, u-blox или Sierra, вам нужно будет самостоятельно пройти сертификацию оператора связи. Напротив, предварительно сертифицированная платформа, такая как Link Labs, значительно упрощает процесс развертывания. (Это в основном то же, что и наше устройство LTE-M, но с другой прошивкой и немного другой внутренней конфигурацией оборудования, что не влияет на наших клиентов.)

Хост

Хост - это плата устройства, которая буквально хосты ваше приложение. Это микроконтроллер или микропроцессор, который запускает ваше приложение, а также интерфейс для всех периферийных устройств, таких как различные датчики; он также управляет модулем или, в нашем случае, аппаратной платформой.

Хозяин так же важен, как и все остальное (возможно, более важно, потому что на самом деле ваши клиенты платят вам). Вы должны контролировать энергопотребление своего приложения, поэтому дизайн хост-приложения с низким энергопотреблением так же важен, как и функции низкого энергопотребления в любом из радиомодулей. Наша платформа упрощает взаимодействие с радиочастью, абстрагируя многие сложные настройки, связанные с режимами низкого энергопотребления. Наша платформа по умолчанию имеет низкое энергопотребление - вам нужно сделать очень немного дополнительной работы на стороне хоста, чтобы снизить мощность радио. Если бы вы использовали традиционный модуль, такой как u-blox или Sierra, вам пришлось бы проделать гораздо больше работы по управлению питанием радиостанции с помощью AT-команд.

Сотовая сеть

Поскольку ваше IoT-устройство отправляет только небольшие биты данных, обычно лучше использовать протокол связи устройства не на основе IP, который отличается от того, как большинство модемов взаимодействует с сотовой сетью, по стандартному TCP / IP. (Вы можете использовать TCP / IP с NB-IoT, но вы будете платить за большие накладные расходы на передачу данных, что немного противоречит тому, для чего был разработан NB-IoT.)

NB-IoT - не единственный вариант развертывания вашего IoT-устройства, и он может быть не лучшим. Загрузите этот бесплатный технический документ, чтобы узнать больше о том, какой тип маломощной глобальной сети подходит для вашего случая использования.

Таким образом, у вас есть два варианта:использовать традиционный TCP / IP и платить за накладные расходы или разработать отдельный протокол связи, который удаляет все эти дополнительные уровни. Для второго варианта вам, как правило, потребуется собственная маршрутизация частной сети внутри сотовой сети, а также собственный сервер управления устройствами, поддерживающий этот альтернативный протокол, аналогичный тому, что предлагает Link Labs. Наши собственные частные APN и VPN (виртуальная частная сеть) позволяют нам направлять трафик так, как мы хотим, используя связь, отличную от TCP / IP. Этот элемент является важной частью предлагаемой архитектуры для NB-IoT.

Нужен честный совет по вашему проекту Интернета вещей?

Поговори с нами. У нас есть опыт и технологии, которые помогут воплотить ваше устройство в жизнь независимо от того, используете ли вы NB-IoT, LTE-M или рассматриваете какой-либо другой вариант LPWA. Если вы готовы к развертыванию сейчас, спросите нас о нашей предварительно сертифицированной аппаратной платформе LTE Cat-M1, которая может ускорить вывод вашего устройства на рынок. Вскоре у нас также будет платформа NB-IoT, основанная на той же конструкции оборудования, которая может упростить проектирование и сборку вашего устройства NB-IoT.

Внедрение вашего IoT-устройства сложнее, чем просто покупка чипа, но нет причин останавливаться на достигнутом. Расскажите нам о своем проекте, и мы поможем разработать эффективное решение.