Como o NB-IoT impactará o futuro da Internet das Coisas
A chegada do 5G está prevista para 2020. Este artigo discute o NB- IoT e seus aspectos técnicos que o tornam tão importante para a Internet das Coisas. O IoT , também conhecido como LTE Cat NB1, está prestes a conectar bilhões de dispositivos de forma mais inteligente. É econômico, suporta baixo consumo de energia para o uso de dispositivos de baixo custo e oferece ampla cobertura. Essa tecnologia de baixa potência e longo alcance (LPWA) está tornando as economias de escala uma teoria válida para a IoT ; ela conecta-se virtualmente em qualquer lugar e funciona com redes móveis já estabelecidas.
Um dos principais requisitos para alcançar novas aplicações de MTC ( Comunicações Móveis Transmissão) é implantar uma rede de acesso de rádio que possa reduzir o consumo de bateria, cobrir uma ampla área, alimentar dispositivos de baixo custo de forma eficiente e ser compatível com as diferentes alocações de espectro das operadoras. Entre as aplicações de MTC, podemos citar a medição inteligente, o monitoramento de propriedades, a agricultura e a gestão de frotas e logística. Dispositivos de MTC de grande porte geralmente trabalham com pequenas quantidades de dados e são comumente localizados em locais de difícil acesso para os sinais, como florestas, fazendas ou porões.
Operar em um espectro licenciado facilita a garantia de cobertura e desempenho. Tecnologias que operam em espectros não licenciados correm o risco de interferência descontrolada, afetando o desempenho geral de muitos dispositivos na rede.
Desempenho da bateria e da autonomia
A densidade de sites e o orçamento de enlace são os principais fatores que afetam a cobertura da rede móvel. Comparado com outras tecnologias como GPRS, WCDMA e LTE, o orçamento de enlace do NB-IoT possui uma margem de 20dB e opera com alcances de dados menores.
Em termos técnicos, podemos destacar o orçamento de enlace:
| NB-IoT | 164dB |
| GPRS | 144dB |
| LTE | 142,7 dB |
Essa melhoria de 20 dB poderia implicar o sacrifício de outros fatores, como os requisitos para aplicações MTC, mas não é o caso. O NB-IoT atende aos requisitos de taxa de latência e duração da bateria. A longevidade depende da eficiência com que os dispositivos conseguem entrar em "modos de hibernação", que permitem que partes da bateria sejam desativadas quando não são necessárias.
O NB-IoT utiliza dois estados principais do protocolo RRC, assim como o LTE:
| RRC_ocioso | Economiza energia e recursos utilizados no envio de relatórios de medição |
| RRC_conectado | Os dispositivos recebem e enviam dados diretamente |
Flexibilidade de design NB-IoT
A tecnologia NB-IoT , em particular, suporta uma variedade de taxas de dados. Isso depende da qualidade do canal, ou da relação sinal-ruído, e da quantidade de recursos em determinadas áreas (largura de banda). Além disso, cada dispositivo possui um orçamento de energia específico, o que permite combinar a energia de vários dispositivos.
Em alguns casos, os dispositivos NB-IoT serão afetados pela intensidade do sinal em vez da largura de banda. Esses dispositivos podem concentrar a energia de transmissão sem perder desempenho em uma largura de banda menor. Essa eficiência libera largura de banda para outros dispositivos. O NB-IoT usa tons ou subportadoras em vez de blocos de recursos. Sua largura de banda é de 15 kHz, uma diferença relevante quando comparada a um bloco de recursos, cuja largura de banda efetiva é de 180 kHz.
Em diferentes situações, tanto em áreas com boa quanto com má cobertura, é possível aumentar as taxas de dados adicionando mais largura de banda. As taxas de dados podem aumentar em até 12 vezes alocando múltiplos tons ou subportadoras aos dispositivos. Essa abordagem melhora a capacidade. Esse é o cenário em que os dispositivos têm boa cobertura e a transferência de dados é rápida. Na maioria das vezes, uma boa cobertura ocorre quando os dispositivos NB-IoT são implantados em redes densas ou quando a maioria dos dispositivos está localizada dentro da área de cobertura LTE original.
É notável que o NB-IoT tenha sido projetado com excelente multiplexação e taxas de dados adaptáveis. A capacidade alvo no 3GPP foi definida em 40 dispositivos por residência, ou cerca de 52.200 por célula (em cidades como Londres). Simulações foram realizadas com 200.000 dispositivos por célula, quatro vezes melhor que o objetivo inicial. Certamente, o NB-IoT atenderá aos requisitos de taxa de dados quando for lançado.
Sobre dispositivos
Modems acessíveis são essenciais para a implantação de sensores em larga escala. Os processos de detecção e reporte de diferentes variáveis, como temperatura e umidade, precisam ser otimizados. Para aplicações com grande volume de dados provenientes de sensores, a taxa de transferência e a latência devem ser menores. O NB-IoT é uma solução que atende a esses requisitos, corroborando a afirmação de que proporcionará maior eficiência. Dispositivos NB-IoT demonstraram capacidade de suportar taxas de transferência de dados na camada física mais baixas, operando na faixa de 100 a 200 kbps, ou até mesmo significativamente menores com dispositivos de tom único.
Existem outros aspectos de otimização de dispositivos que podemos analisar. O LTE MBB, por exemplo, precisa de duas antenas, enquanto os dispositivos NB-IoT precisam de uma única antena receptora. Assim, o demodulador de banda base e o conversor de taxa de amostragem necessitam apenas de uma única cadeia receptora.
Uma das vantagens da largura de banda estreita (200 kHz do NB-IoT em comparação com 1,4 MHz a 20 MHz de outras tecnologias) é a menor complexidade da conversão analógico-digital e digital-analógica, da estimativa de canal e do armazenamento em buffer.
NB-IoT está tornando as indústrias mais inteligentes
| Cidades | Monitorar uma cidade exige atenção a diversos aspectos, o que também contribui para a eficiência de custos. As tecnologias NB-IoT e LTE possibilitam o controle da iluminação pública, vagas de estacionamento disponíveis, condições ambientais e muito mais. Como mencionado, os modems NB-IoT devem ter um preço bastante competitivo. Os módulos, por exemplo, têm preço estimado em $5. |
| Edifícios | A tecnologia NB-IoT pode servir de suporte para a conexão de banda larga do edifício. A segurança também será garantida pela conexão direta dos sensores ao sistema de monitoramento através de redes LPWA. |
| Medição | Provavelmente, o principal requisito para a medição inteligente é a cobertura da rede. Às vezes, os medidores tendem a ser instalados em locais de difícil acesso, como áreas rurais remotas ou subterrâneos. A tecnologia NB-IoT está bem preparada para monitorar medidores de gás e água por meio da transmissão regular e de pequeno volume de dados. Isso resulta em uma cobertura significativamente melhor. |
| Consumidores | Cat M1 (às vezes chamada de alternativa NB-IoT ). Ambas as tecnologias são capazes de suportar uma quantidade enorme de sensores, desde aqueles com alta até baixa atividade de dados. Para os consumidores, os dispositivos vestíveis são a base da IoT. Um dos principais desafios para os fabricantes IoT é encontrar modelos de negócios sustentáveis. A manutenção de sensores e dispositivos pode ser mais cara a longo prazo do que a própria produção. |
Resumindo
Agora que você entende o que é NB-IoT , como funciona e o que o diferencia de outras tecnologias LPWAN, novas iniciativas IoT operarão em redes e dispositivos melhores, o que ajudará a criar um negócio muito atraente. Crie e expanda seu próprio projeto de Internet das Coisas com Ubidots.
Fontes e informações adicionais:
NB-IoT: uma tecnologia sustentável para conectar bilhões de dispositivos
