Eine Aufschlüsselung der NB-IoT-Architektur für IoT-Architekten

Denken Sie darüber nach, Schmalband-IoT (NB-IoT) zu verwenden, um Ihr Datenerfassungsgerät für das Internet der Dinge bereitzustellen? Hier ist, was Designer und Ingenieure über die NB-IoT-Architektur wissen müssen, um ein Produkt zu entwickeln, das nicht nur funktioniert, sondern auch einen Mehrwert für den Kunden bietet.

NB-IoT-Architektur im Vergleich zu LTE-M

Wie Sie wahrscheinlich bereits bemerkt haben, wird in jeder Diskussion über NB-IoT normalerweise auch LTE-M erwähnt. Beides sind zellulare Low-Power-Wide-Area-(LPWA-)Technologien, die für IoT-Anwendungen entwickelt wurden. beide gewinnen an geografisch unterschiedlichen Orten an Zugkraft. (Wenn Sie NB-IoT für Ihr Produkt verwenden möchten, stellen Sie sicher, dass Sie die potenziellen Hindernisse berücksichtigt haben.) Die Diskussion über die Struktur Ihres NB-IoT-Geräts bezieht sich manchmal aus Kontextgründen auf LTE-M weil die NB-IoT-Architektur der von LTE-M sehr ähnlich ist.

Der Hauptunterschied zwischen NB-IoT und LTE-M besteht darin:NB-IoT erfordert einen schmaleren Bandbreitenkanal (200 kHz gegenüber 1,4 MHz) und Geräte können in nicht-traditionellen Bändern bereitgestellt werden, einschließlich LTE-Schutzbändern (die Bänder, die werden derzeit nicht verwendet, die an die wichtigsten LTE-Bänder angrenzen) sowie IoT-spezifische Bänder. Viele NB-IoT-Implementierungen werden in Schutzbänder gestellt, da dies eine gute Möglichkeit für Mobilfunkunternehmen ist, dieses ungenutzte Spektrum zu monetarisieren. NB-IoT-Geräte können auch in eigenständigen Bändern mit jedem verfügbaren Spektrum eingesetzt werden, sofern die Regulierungsbehörden dies genehmigen, oder innerhalb der LTE-Spektrumzuweisung. Wir haben andere Unterschiede in einem früheren Beitrag besprochen.

Während dies Mobilfunkbetreibern und anderen Netzwerkanbietern enorme Flexibilität bei der Implementierung eines NB-IoT-Netzwerks bietet, wirft dies einige erhebliche Probleme für einen Geräteentwickler auf, die mit Roaming zu tun haben. Die Leute verwenden den Begriff Roaming unterschiedliche Bedeutungen haben, aber für die Zwecke dieses Artikels bedeutet es die Möglichkeit, „Daten zu senden und zu empfangen, wenn sie außerhalb des geografischen Abdeckungsbereichs ihres Heimatnetzes reisen“. Roaming steht auf der langfristigen Roadmap für NB-IoT, aber die Flexibilität des NB-IoT-Standards in Kombination mit den Einschränkungen des eingeschränkten Geräts, das wahrscheinlich auf ein NB-IoT-Netzwerk zugreift, machen Roaming zu diesem Zeitpunkt fast unmöglich Schreiben, für alle praktischen Zwecke. Der Aufbau eines Geräts, das in verschiedenen Netzwerken verwendet werden kann, ist mit NB also tatsächlich viel schwieriger als mit LTE-M (was selbst keine leichte Aufgabe ist), da NB-IoT-Geräte von Anfang an so konfiguriert werden müssen, dass sie bestimmte Bänder verwenden. Derzeit ist kein Modul verfügbar, mit dem Sie auswählen können, welches Band Sie zur Laufzeit unterstützen. Dies kann zwar zu geringfügigen Betriebseffizienzen führen, in der Praxis haben Sie jedoch unterschiedliche SKUs, selbst wenn die Geräte gleich aussehen, und Sie müssen wissen, wo genau Sie das Gerät verwenden, wenn Sie es bauen.

Dieses Problem gilt nicht für alle (oder sogar die meisten) Anwendungen, aber es ist auf jeden Fall erwähnenswert. Die Anwendungen, die NB-IoT am wahrscheinlichsten verwenden würden, sind Dinge wie Wasser- und Gaszähler oder Sensoren an einem festen Standort – statische Anlagen, die dafür ausgelegt sind, einen Sensor zu haben, der 10 Jahre lang einmal am Tag spricht, und das war's. In fast allen Fällen wissen Sie, wo das Gerät platziert wird, und haben nicht vor, seinen Standort zu ändern. (Zu einem gewissen Grad ist dies auch ein Problem für LTE-M, aber es wird in NB-IoT verstärkt.)

Wesentliche Teile der NB-IoT-Architektur

Die NB-IoT-Architektur ähnelt der von LTE-M. Die gleichen Bausteine ​​sind wie folgt:

Antenne

In den meisten Fällen arbeiten Sie mit einem Mobilfunkunternehmen zusammen, um Ihr Gerät bereitzustellen. Das Unternehmen wird es in oder neben einem LTE-Band bereitstellen, daher müssen Sie eine Antenne verwenden, die für dieses Band funktioniert.

Antennen sind für bestimmte Frequenzen ausgelegt. Sie können nicht immer nur eine Antenne haben, die alle unterstützt die möglichen NB-IoT-Bänder da draußen, obwohl es Multiband-Antennen gibt, die alle wichtigen unterstützen. Sie bezahlen diese Antennen jedoch in Dollar und Größe, die beide für die meisten NB-IoT-Anwendungen entscheidend sind. Wenn Ihr NB-IoT-Netzwerk in ein Standard-GSM- oder LTE-Band fällt, können Sie eine normale Antenne verwenden, aber für nicht-traditionelle Bänder ist es etwas, das Sie auf dem Radar behalten sollten. (Das Band, das Sie verwenden müssen, wird durch eine Kombination von Faktoren bestimmt, einschließlich der Regulierungsstruktur des Landes, in dem Sie sich befinden, der Spektrumsressourcen des Mobilfunkunternehmens oder Netzwerkanbieters und der Art und Weise, wie er NB-IoT einsetzt. Bei LTE-M verwendet ein Mobilfunkbetreiber normalerweise einen vorhandenen LTE-Ressourcenblock. Bei NB-IoT können Netzbetreiber das Netzwerk jedoch in das lizenzierte Spektrum einordnen, das sie besitzen, was außerhalb der traditionellen Mobilfunkbandzuweisungen liegt.)

NB-IoT-Modem (oder -Modul)

Wählen Sie als Nächstes ein Modem (auch Modul genannt). Der NB-IoT-Chipsatz ist normalerweise in das Modul integriert, das Sie dann in Ihr Produkt integrieren würden.

Das von Ihnen gewählte Modul sollte vom PTCRB (für den Betrieb in Nordamerika) oder vom GCF (Global Certification Forum für den weltweiten Einsatz) zertifiziert sein. Idealerweise sollte es auch von einem Mobilfunkunternehmen oder Mobilfunkanbieter wie AT&T oder Verizon zertifiziert sein, was Ihren Zertifizierungsaufwand verringert. Wenn Sie beispielsweise Module von Gemalto, u-blox oder Sierra verwenden, müssen Sie sich selbst eine Mobilfunkanbieter-Zertifizierung besorgen. Im Gegensatz dazu vereinfacht eine vorzertifizierte Plattform wie Link Labs den Bereitstellungsprozess erheblich. (Es ist im Grunde dasselbe wie unser LTE-M-Gerät, jedoch mit einer anderen Firmware und einer etwas anderen internen Hardwarekonfiguration, die sich nicht auf unsere Kunden auswirkt.)

Host

Der Host ist die Geräteplatine, die im wahrsten Sinne des Wortes hosts Ihre Bewerbung. Es ist der Mikrocontroller oder Mikroprozessor, der Ihre Anwendung ausführt, sowie die Schnittstelle zu allen Peripheriegeräten, wie verschiedenen Sensoren; es steuert auch das Modul oder in unserem Fall die Hardwareplattform.

Der Gastgeber ist genauso wichtig wie alles andere (wahrscheinlich mehr, da Ihre Kunden Sie tatsächlich dafür bezahlen). Sie müssen den Stromverbrauch Ihrer Anwendung kontrollieren, daher ist ein Design der Host-Anwendung mit geringem Stromverbrauch genauso wichtig wie die Funktionen mit geringem Stromverbrauch in jedem der Funkgeräte. Unsere Plattform erleichtert die Interaktion mit dem Funkteil, indem sie viele der schwierigen Einstellungen rund um die Energiesparmodi abstrahiert. Unsere Plattform ist standardmäßig mit geringem Stromverbrauch ausgestattet – Sie müssen auf der Hostseite nur sehr wenig zusätzliche Arbeit leisten, um die Leistung des Funkgeräts zu verringern. Wenn Sie ein traditionelles Modul wie u-blox oder Sierra verwenden würden, müssten Sie mit AT-Befehlen viel mehr an der Energieverwaltung des Funkgeräts arbeiten.

Mobiles Netzwerk

Da Ihr IoT-Gerät nur kleine Datenbits sendet, ist es im Allgemeinen besser, ein nicht-IP-basiertes Gerätekommunikationsprotokoll zu verwenden, das sich von der Art und Weise unterscheidet, wie die meisten Modems mit einem Mobilfunknetz über Standard-TCP/IP interagieren. (Sie könnten TCP/IP mit NB-IoT verwenden, aber Sie zahlen für eine Menge Daten-Overhead, was etwas im Gegensatz zu dem steht, wofür NB-IoT entwickelt wurde.)

NB-IoT ist nicht die einzige Option für die Bereitstellung Ihres IoT-Geräts und möglicherweise nicht die beste. Laden Sie dieses kostenlose Whitepaper herunter, um mehr darüber zu erfahren, welche Art von Weitverkehrsnetzwerk mit geringem Stromverbrauch für Ihren Anwendungsfall geeignet ist.

Sie haben also zwei Möglichkeiten:Verwenden Sie traditionelles TCP/IP und zahlen Sie für den Overhead, oder entwerfen Sie ein separates Kommunikationsprotokoll, das all diese zusätzlichen Schichten entfernt. Für Option zwei benötigen Sie normalerweise Ihr eigenes privates Netzwerk-Routing innerhalb des Mobilfunknetzes sowie Ihren eigenen Geräteverwaltungsserver, der dieses alternative Protokoll unterstützt, ähnlich dem, was Link Labs anbietet. Unser eigener privater APN und VPN (virtuelles privates Netzwerk) ermöglicht es uns, den Datenverkehr mithilfe von Nicht-TCP/IP-Kommunikation so zu leiten, wie wir es möchten. Dieses Element ist ein großer Teil der vorgeschlagenen Architektur für NB-IoT.

Brauchen Sie ehrliche Beratung zu Ihrem IoT-Projekt?

Rede mit uns. Wir haben das Know-how und die Technologie, um Ihr Gerät zum Erfolg zu führen, unabhängig davon, ob Sie NB-IoT, LTE-M verwenden oder eine andere LPWA-Option in Betracht ziehen. Wenn Sie jetzt zur Bereitstellung bereit sind, fragen Sie uns nach unserer vorzertifizierten LTE Cat-M1-Hardwareplattform, die die Markteinführungszeit Ihres Geräts verkürzen könnte. Wir werden auch bald eine NB-IoT-Plattform zur Verfügung stellen, die auf demselben Hardware-Design basiert und das Design und den Bau Ihres NB-IoT-Geräts einfacher machen könnte.

Die Inbetriebnahme Ihres IoT-Geräts ist komplizierter als der Kauf eines Chips, aber es gibt keinen Grund, sich bei Details zu verzetteln. Erzählen Sie uns von Ihrem Projekt und wir helfen Ihnen, eine funktionierende Lösung zu entwickeln.