Технология NB-IoT: особенности развертывания в сотовых сетях!

В конце января российская Государственная комиссия по радиочастотам выделила частоты, которые операторы связи могут использовать для стандарта NB-IoT. Это важное событие, которое открывает дорогу для доступного развертывания интернета вещей (IoT) в РФ.

С полным актуальным списком частот можно ознакомиться на сайте Министерства связи и массовых коммуникаций Российской Федерации. Отметим, что для NB-IoT теперь открыты частоты от 700 до 1800 МГц, что позволяет использовать стандарт для зон с большим покрытием.

Интернет вещей (IoT) является важной частью цифровой трансформации мировой экономики. Однако распространение IoT может замедлиться в связи с недостаточной пропускной способностью сетей. Одним из способов повышения производительности IoT может быть протокол NB-IoT, который использует потенциал современных сотовых сетей.

К 2020 г. глобальный объем данных, генерируемых IoT, может достичь 50 трлн  гигабайт, а количество подключенных пользователей — 4 млрд. Это потребует новых подходов к передаче данных и мониторингу производительности сетевых систем, о чем мы рассказывали ранее. В то же время, в большинстве случаев интернет-вещи передают небольшие порции данных с известными интервалами, например информацию о сердцебиении пациента, давлении газа в трубе, влажности почвы и т. д. Для таких сетевых устройств нужны не каналы связи с высокой пропускной способностью, а повсеместно доступная беспроводная сеть. Лучшим кандидатом на эту роль являются сети мобильной связи, но их современные протоколы слишком громоздки для простых устройств IoT.

Протокол NB-IoT — новое измерение сотовых сетей

В 2016 г. консорциум 3GPP представил первую спецификацию стандарта сотовой связи для устройств с небольшими объемами передаваемых данных. Стандарт получил название NB-IoT (NarrowBand IoT). Он может использоваться на оборудовании LTE, а также отдельно от существующих сетей связи.

NB-IoT специально создан для интернета вещей, поэтому учитывает специфические потребности, такие как улучшенная чувствительность к модуляции сигнала для подключения сотен тысяч устройств. Также для работы с NB-IoT не нужна SIM-карта и достаточно небольшой мощности приемопередатчика, то есть устройства IoT могут работать много лет от одной батарейки.

Три способа развернуть NB-IoT

Развертывание NB-IoT начато в ЕС. В России в ближайшие два года операторы мобильной связи также запустят сети NB-IoT.

Стандарт NB-IoT может развертываться в трех вариантах:

• автономный (standalone);
• на защитной полосе частот (guard-band);
• внутриполосный (in-band).

Разные типы развертывания NB-IoT

Наиболее распространенным является внутриполосный. Он широко используется в Европе, где сети с NB-IoT in-band развернуты телекоммуникационными компаниями Vodafone, Deutsche Telekom, Telecom Italia Mobile и другими.

Внутриполосный способ развертывания позволяет использовать NB-IoT  внутри существующих сетей LTE, которые имеют большое покрытие и обеспечивают необходимое качество обслуживания интернета вещей. Это оптимальный путь для подключения IoT, поскольку он позволяет операторам связи использовать современное оборудование без существенных изменений аппаратного обеспечения. Таким образом in-band NB-IoT дает возможность удовлетворить текущий спрос на подключение умных устройств.

Несмотря на распространенность внутриполосного способа использования NB-IoT, у него есть недостатки. Так, узкополосный сигнал in-band NB-IoT занимает частоту 180 кГц и в сетях LTE может создавать помехи для блоков физического ресурса (PRB). В таком режиме NB-IoT отнимает функциональные ресурсы сотовых сетей.

При внутриполосном использовании PRB стандарта NB-IoT отделяются от других PRB с помощью динамических характеристик мощности. В частности, обычный PRB для LTE мощнее на 6 Дб, чем  PRB  для NB-IoT в in-band и guard-band. Также спецификации стандарта NB-IoT предполагают другие отличия в структуре сигнала, например, поддерживаемые типы модуляции сигнала, частотная погрешность, амплитуда вектора ошибок (EVM) и параметры синхронизации и управления каналами.

Показатель EVM (Error Vector Magnitude) является важным критерием качества модуляции и производительности канала приема и передачи данных в сложных беспроводных сетях, включая LTE и NB-IoT. Фактически, EVM — это разница между «эталонным» переданным сигналом и принятым (измеренным) сигналом. EVM — полезный индикатор качества передаваемого беспроводного сигнала, который помогает оценить производительность NB-IoT.

При запуске нового сервиса на основе in-Band NB-IoT помехи между PRB являются основной проблемой. Поэтому проверка взаимных помех PRB при измерении EVM — наиболее точная и коммерчески эффективная процедура тестирования.

Как протестировать качество развертывания NB-IoT?

Для проверки развертывания применяются современные анализаторы базовых станций, такие как, например, VIAVI CellAdvisor JD745B или JD785B. Это портативные приборы, которые способны измерить параметры NB-IoT в соответствии со спецификациями от 3GPP.

Анализатор VIAVI CellAdvisor JD785B

Анализаторы могут измерить следующие параметры сигнала NB-IoT:

• максимальная мощность PRB;
• динамические характеристики сигнала NB-IoT;
• EVM для нисходящего канала связи NPDSCH и других каналов управления и синхронизации;
• частотную погрешность.

Данные показатели необходимо проверять на этапах развертывания NB-IoT и проведения регулярных проверок при техобслуживании. Только таким образом операторы мобильной связи могут гарантировать надежную поддержку IoT, максимальные покрытие и мощности, а также высокое качество обслуживания.

Альтернативные технологии: LoRaWAN

Надо отметить, что в России уже действует одобренный регуляторами стандарт связи для IoT – LoRaWAN, который позволяет разворачивать крупные сети IoT в малонаселенных регионах, используя недорогие базовые станции.

Для LoRaWAN используются свободные не лицензируемые частоты, которые не пересекаются с NB-IoT. Поэтому возможно использование сразу двух технологий, а также выбор в зависимости от требуемых характеристик будущей экосистемы IoT. Таким образом, обе технологии скорее дополняют друг/друга, чем являются конкурентами.

Выводы

Поддержка технологии NB-IoT в отечественных сетях связи появится уже к 2020 году. Все необходимые условия и  инструменты для разворачивания этого стандарта уже есть и доступны операторам связи. Таким образом, уже сейчас появляется смысл внедрять устройства интернета вещей с уже заложенной поддержкой протоколов NB-IoT (и/или LoRaWAN), чтобы через несколько лет не потребовалась модернизация созданной инфраструктуры.

Подписывайтесь на рассылку, делитесь нашими статьями в соцсетях и задавайте вопросы в комментариях!

Как изменится система мониторинга производительности в эпоху Интернета вещей (IoT)?

С чего начинается Пентест: проводим пассивный и активный сбор информации!

Нужен ли VIAVI OBSERVER, если сеть строится на основе CISCO ACI и TETRATION?