NB-IoT, Internet des objets à bande étroite. Informations générales, caractéristiques technologiques

Bonne journée à tous!

NB-IoT est décrit ici en termes de terminaux et d'utilisateurs simples. Puisqu'il y a beaucoup d'informations, je vais les diviser en plusieurs parties. Dans cette partie, nous discuterons des informations générales, des caractéristiques de la technologie NB-IoT et de son état au début de 2019.

NB-IoT (Internet des objets à bande étroite) est une technologie de communication cellulaire basée sur LTE conçue pour les appareils fixes avec de faibles volumes de données et une faible consommation d'énergie. La GSM Association promet que les appareils NB-IoT seront bon marché et (sous certaines conditions) pourront fonctionner sur des piles ordinaires pendant 10 ans. Fait intéressant, l'association décrit également NB-IoT comme une technologie créée en peu de temps en réponse aux demandes des utilisateurs et à la concurrence de solutions propriétaires similaires:
https://www.gsma.com/iot/wp-content/uploads/2018/04/NB-IoT_Deployment_Guide_v2_5Apr2018.pdf

NB-IoT fait référence à ce que l'on appelle CIoT, Cellular IoT (dans la terminologie 3GPP) ou MIoT, Mobile IoT (dans la terminologie GSMA) et est promu par les opérateurs mobiles et les fabricants d'équipements connexes. Bande étroite (bande étroite) ce type de connexion a été appelé par rapport au LTE "traditionnel", qui utilise des bandes de fréquences beaucoup plus larges (3, 5, 10, 15, 20 MHz). La largeur du canal de fréquence NB-IoT est de 200 kHz.

Quelques mots sur CIoT (MIoT)

Pour le moment, CIoT (MIoT) se divise en 2 directions: NB-IoT et LTE-M (également appelé eMTC ou LTE Cat.M).

NB-IoT se concentre plus probablement sur les dispositifs fixes (fixes), car la commutation automatique entre les cellules (transfert) n'est pas prise en charge dans ce mode. Lors du passage à une autre cellule, le NB-IoT devra à nouveau s'inscrire auprès du réseau. Ainsi, NB-IoT est principalement destiné à des applications telles que la collecte automatique de relevés de compteurs, de capteurs, la télécommande de l'éclairage public, etc. Contrairement à NB-IoT, une autre «branche» CIoT - LTE-M - prend en charge la commutation de cellules et offre des vitesses de réception / transmission plusieurs fois plus élevées.

Avantages et inconvénients de NB-IoT

Comme d'habitude, les avantages et les inconvénients sont directement liés les uns aux autres: s'il est arrivé quelque part, il a disparu quelque part. Ici, je vais simplement les énumérer avec quelques commentaires, et nous en discuterons plus tard.

Avantages de NB-IoT

• Faible consommation d'énergie des terminaux (lors de l'utilisation des modes d'économie d'énergie PSM et eDRX)
• Gros budget énergétique de la ligne de communication (GSMA appelé le chiffre 164 dB)
• Couverture théorique mondiale
• Coût théoriquement bas des modems (modules) et des services de communication

Inconvénients de NB-IoT

• Il peut y avoir de longs délais de communication lors de l'utilisation des modes d'économie d'énergie. Le fait est que le terminal, en mode économie d'énergie, est inaccessible côté réseau (serveur d'application). Le délai maximum lors de l'utilisation du mode eDRX est déterminé par la période eDRX maximale, qui est de 10485,76 secondes, c'est-à-dire presque 3 heures. Le délai maximal lors de l'utilisation du mode PSM est déterminé par la durée maximale pendant laquelle l'appareil est en mode PSM - 9920 heures, soit 413 jours et 8 heures, c'est-à-dire plus d'un an! Les modes d'économie d'énergie sont abordés en détail dans la partie suivante.
• Manque de soutien à la mobilité
• Faible taux de réception et de transmission des données (voir ci-dessous)

Le développement de NB-IoT dans le monde et la Fédération de Russie

Fait intéressant, certains pays / régions préfèrent le développement prioritaire de NB-IoT (Europe, Chine, Russie), d'autres - LTE-M (USA, Canada). Mais en général, il y a une opinion que dans un proche avenir, les deux normes seront déployées à l'échelle mondiale.

Voici une carte et les lancements commerciaux des réseaux CIoT selon GSMA:

Carte du développement des réseaux NB-IoT et LTE-M dans le monde
Données sur les lancements commerciaux des réseaux NB-IoT et LTE-M dans le monde

Pour une raison quelconque, la Russie sur la carte GSMA reste dans la zone grise. Ou attendre la confirmation des lancements commerciaux?

Cependant, voici quelques communiqués de presse intéressants des opérateurs mobiles russes concernant NB-IoT:
MTS lance un tarif NB-IoT spécial pour l'Internet des objets
MTS lance les cartes SIM NB-IoT pour l'Internet des objets
MTS a construit le premier réseau fédéral russe NB-IoT pour l'Internet des objets
MegaFon a introduit le premier tarif en Russie pour la gestion des appareils NB-IoT
Beeline a présenté le premier réseau hybride russe pour l'IoT
Beeline a commencé à tester des solutions IoT à Moscou
Tele2, Ericsson et Rostelecom ont testé NB-IoT pour le logement et les services communaux à Moscou et à Saint-Pétersbourg

Au moment de la rédaction de cet article, l'information est venue que MTS avait déjà lancé son réseau NB-IoT en exploitation commerciale!

Débits de données NB-IoT

Si une seule option NB-IoT a été définie dans les spécifications 3GPP version 13 - catégorie NB1, alors dans les spécifications 3GPP version 14, 2 options sont apparues: catégorie NB1 et NB2. La catégorie d'option NB2 est plus rapide. Pour comparer les capacités de NB1 et NB2, le tableau 1 montre les tailles maximales des blocs de transport pour la réception et la transmission selon la spécification 3GPP 36.306 version 14:

Qualcomm dans la spécification de la puce MDM9206 (utilisée dans le module N20 ) donne les taux de transmission suivants en mode Cat. NB1: recevoir (DL) - 20 kbit / s, transmettre (UL) - 60 kbit / s:
https://www.qualcomm.com/products/mdm9206-iot-modem

Des collègues MTS donnent des résultats similaires pour NB1, mentionnant que pour la catégorie NB2, la vitesse maximale d'émission / réception sera supérieure à 100 kbit / s:
https://habr.com/company/ru_mts/blog/430496/

Mais, si je comprends bien, nous parlons de la vitesse physique dans le canal de communication, respectivement, le taux de transfert de données réel sera beaucoup moins. Malheureusement, pour le moment, je n'ai pas de données expérimentales sur la vitesse de transmission maximale en mode NB-IoT.

Plages de fréquences pour NB-IoT en Fédération de Russie

Selon la décision du CPCR du 28 décembre 2017 (protocole n ° 17-44), https://digital.gov.ru/ru/documents/5875/ , pour NB-IoT, les bandes de fréquences suivantes peuvent être utilisées dans la Fédération de Russie:
453–457,4 MHz,
463-467,4 MHz,
791-820 MHz,
832-862 MHz,
880-890 MHz,
890-915 MHz,
925-935 MHz,
935-960 MHz,
1710-1785 MHz,
1805-1880 MHz,
1920-1980 MHz,
2110-2170 MHz,
2500–2570 MHz,
2620-2690 MHz.

À quelques exceptions près:

... à l'exception du fonctionnement des SER en mode NB-IoT dans les bandes de fréquences radio 453–453,15 MHz et 463–463,15 MHz sur le territoire de Moscou et de la région de Moscou

Il semble que GKRCH ait simplement permis de déployer NB-IoT dans toutes les gammes de fréquences dans lesquelles le déploiement de n'importe quel réseau cellulaire a jamais été autorisé ...
Mais lesquels seront utilisés en premier lieu?

Selon des données obtenues de diverses sources, début 2019, les gammes de fréquences suivantes ont été utilisées pour NB-IoT (en mode test) en Russie:

• Mégaphone - Bande B8 (UL: 880-915 MHz, DL: 925-960 MHz)
• Bandes MTS, Beeline, Tele2 - B20 (UL: 832-862 MHz, DL: 791-821 MHz) et B3 (UL: 1710-1785 MHz, DL: 1805-1880 MHz)

Ces données sont entièrement cohérentes avec les gammes de fréquences européennes, qui sont données dans le guide de déploiement NB-IoT pour les exigences de l'ensemble des fonctionnalités de base. Version 2.0 5 avril 2018

Ainsi, au début de 2019, les gammes réelles de NB-IoT pour la Fédération de Russie peuvent être considérées: B20, B8 et B3.

Selon certains acteurs du marché, NB-IoT sera principalement déployé dans les gammes de fréquences inférieures à GHz (B20, B8) pour fournir la meilleure couverture.

Sera-t-il possible d'envoyer / recevoir des paquets TCP / UDP dans NB-IoT de la même manière que dans GSM, par exemple?

Tu peux! Au moins, nous avons essayé d'envoyer et de recevoir des paquets TCP / UDP en utilisant les modules N21 et N20 , et tout a fonctionné.

Sera-t-il possible d'envoyer et de recevoir des SMS dans NB-IoT?

Selon le document de l'association GSM mentionné ci-dessus, en avril 2018, la fonction SMS n'était pas incluse dans l'ensemble minimal d'exigences recommandé par la GSMA pour la mise en œuvre dans les réseaux NB-IoT. Selon une enquête menée par la GSMA, seuls certains des opérateurs prévoient de mettre en œuvre le SMS en mode NB-IoT à l'avenir. Cependant, des recherches sur cette question sont en cours.

Les représentants de Megafon et de MTS ont confirmé que, probablement, la fonction SMS en mode NB-IoT deviendra disponible dans leurs réseaux à l'avenir.

PS L'article ne prétend pas être une vérité absolue et peut contenir des inexactitudes. Si vous constatez des inexactitudes, souhaitez partager des informations d'initiés ou simplement exprimer votre opinion, n'hésitez pas à commenter!

Suite: NB-IoT, Internet des objets à bande étroite. Modes d'économie d'énergie et commandes de contrôle.