Een uitsplitsing van de NB-IoT-architectuur voor IoT-architecten

Overweegt u om Narrowband IoT (NB-IoT) te gebruiken om uw Internet of Things-apparaat voor gegevensverzameling in te zetten? Dit is wat ontwerpers en ingenieurs moeten weten over NB-IoT-architectuur om een ​​product te creëren dat niet alleen werkt, maar ook waarde toevoegt voor de klant.

NB-IoT-architectuur in vergelijking met LTE-M

Zoals je waarschijnlijk al hebt gemerkt, bevat elke bespreking van NB-IoT meestal enige vermelding van LTE-M. Beide zijn cellulaire low-power, wide-area (LPWA)-technologieën die zijn ontwikkeld voor IoT-toepassingen; beide winnen geografisch terrein op verschillende plaatsen. (Als u NB-IoT voor uw product hoopt te gebruiken, zorg er dan voor dat u rekening heeft gehouden met de mogelijke obstakels.) De discussie over hoe u uw NB-IoT-apparaat moet structureren, verwijst soms gedeeltelijk naar LTE-M voor context. omdat de NB-IoT-architectuur erg lijkt op die van LTE-M.

Het belangrijkste verschil tussen NB-IoT en LTE-M is dit:NB-IoT vereist een smaller bandbreedtekanaal (200 kHz vs. 1,4 MHz) en apparaten kunnen worden ingezet in niet-traditionele banden, inclusief LTE-bewakingsbanden (de banden die die momenteel niet worden gebruikt die grenzen aan de belangrijkste LTE-banden), evenals IoT-specifieke banden. Veel NB-IoT-implementaties worden in bewakingsbanden geplaatst omdat het een goede manier is voor mobiele bedrijven om geld te verdienen met dat ongebruikte spectrum. NB-IoT-apparaten kunnen ook worden ingezet in stand-alone banden met behulp van elk beschikbaar spectrum, op voorwaarde dat regelgevers dit goedkeuren, of binnen de LTE-spectrumtoewijzing. We hebben andere verschillen besproken in een vorige post.

Hoewel dit enorme flexibiliteit biedt voor mobiele operators en andere netwerkproviders voor het implementeren van een NB-IoT-netwerk, stelt het een aantal belangrijke problemen voor een apparaatontwerper die te maken hebben met roaming. Mensen gebruiken de term roaming om verschillende dingen te betekenen, maar voor de doeleinden van dit artikel betekent het de mogelijkheid om "gegevens te verzenden en te ontvangen ... wanneer ze buiten het geografische dekkingsgebied van hun thuisnetwerk reizen." Roaming staat op de lange termijn roadmap voor NB-IoT, maar de flexibiliteit van de NB-IoT-standaard, in combinatie met de beperkingen van het beperkte apparaat dat waarschijnlijk toegang krijgt tot een NB-IoT-netwerk, maakt roaming op het moment van dit bijna onmogelijk schrijven, voor alle praktische doeleinden. Dus het bouwen van een apparaat dat op verschillende netwerken kan worden gebruikt, is met NB eigenlijk een stuk moeilijker dan met LTE-M (wat op zich geen geringe prestatie is), omdat NB-IoT-apparaten vanaf het begin moeten worden geconfigureerd om specifieke banden te gebruiken. Er is momenteel geen module beschikbaar waarmee je kunt kiezen welke band je tijdens runtime ondersteunt, dus je zit eigenlijk vast bij het selecteren van de gewenste banden bij de productie. Hoewel dit enige kleine operationele efficiëntie kan opleveren, zult u in de praktijk verschillende SKU's hebben, zelfs als de apparaten er hetzelfde uitzien, en u zult moeten weten waar u het apparaat precies gaat gebruiken wanneer u het bouwt.

Dit probleem geldt niet voor alle (of zelfs de meeste) toepassingen, maar het is zeker de moeite waard om te benadrukken. De toepassingen die hoogstwaarschijnlijk NB-IoT zouden gebruiken, zijn dingen als water- en gasmeters, of sensoren op een vaste locatie - statische activa die zijn ontworpen om een ​​sensor te hebben die 10 jaar lang één keer per dag spreekt, en dat is alles. In bijna al die gevallen weet je waar dat apparaat komt te staan ​​en heb je geen plannen om de locatie te veranderen. (Tot op zekere hoogte is dit ook een probleem voor LTE-M, maar het wordt versterkt in NB-IoT.)

Essentiële onderdelen van NB-IoT-architectuur

De NB-IoT-architectuur is vergelijkbaar met die van LTE-M. De bouwstenen, die hetzelfde zijn, zijn als volgt:

Antenne

In de meeste gevallen werkt u samen met een mobiel bedrijf om uw apparaat te implementeren; het bedrijf zal het inzetten in of naast een LTE-band, dus u moet een antenne gebruiken die voor die band werkt.

Antennes zijn ontworpen voor specifieke frequenties. Je kunt niet altijd maar één antenne hebben die alles ondersteunt de mogelijke NB-IoT-banden die er zijn, hoewel er multi-band antennes zijn die alle belangrijke ondersteunen. U betaalt echter voor deze antennes in dollars en afmetingen, die beide van cruciaal belang zijn voor de meeste NB-IoT-toepassingen. Als uw NB-IoT-netwerk binnen een standaard GSM- of LTE-band valt, kunt u een gewone antenne gebruiken, maar voor niet-traditionele banden is het iets om op uw radar te houden. (De band die u moet gebruiken, wordt bepaald door een combinatie van factoren, waaronder de regelgevende structuur van het land waarin u zich bevindt, de spectrumactiva die het mobiele bedrijf of de netwerkaanbieder bezit, en hoe zij ervoor kiezen om NB-IoT te implementeren. Voor LTE-M zal een mobiele operator doorgaans een bestaand LTE-bronblok gebruiken, maar voor NB-IoT kunnen netwerkoperators het netwerk in het gelicentieerde spectrum plaatsen dat ze bezitten, wat buiten de traditionele mobiele bandtoewijzingen valt.)

NB-IoT-modem (of module)

Kies vervolgens een modem (ook wel module genoemd). De NB-IoT-chipset is meestal ingebouwd in de module, die u vervolgens in uw product zou ontwerpen.

De module die u kiest, moet zijn gecertificeerd door de PTCRB (voor gebruik in Noord-Amerika) of het GCF (Global Certification Forum voor wereldwijd gebruik). Idealiter zou het ook moeten worden gecertificeerd door een celbedrijf of vervoerder, zoals AT&T of Verizon, wat uw certificeringslast vermindert. Als u bijvoorbeeld modules van Gemalto, u-blox of Sierra gebruikt, moet u zelf een carriercertificering behalen. Daarentegen vereenvoudigt een vooraf gecertificeerd platform zoals Link Labs sells het implementatieproces aanzienlijk. (Het is in principe hetzelfde als ons LTE-M-apparaat, maar met andere firmware en een iets andere interne hardwareconfiguratie die geen invloed heeft op onze klanten.)

Gastheer

De host is het apparaatbord dat heel letterlijk host jouw toepassing. Het is de microcontroller of microprocessor die uw applicatie uitvoert, evenals de interface naar alle randapparatuur, zoals verschillende sensoren; het bestuurt ook de module, of, in ons geval, het hardwareplatform.

De host is net zo belangrijk om te overwegen als al het andere (waarschijnlijk meer omdat het is waar uw klanten u voor betalen). U moet het stroomverbruik van uw toepassing beheersen, dus een ontwerp van een hosttoepassing met laag vermogen is net zo belangrijk als de laagvermogenfuncties in een van de radio's. Ons platform maakt het gemakkelijker om met het radiogedeelte te communiceren door veel van de moeilijke instellingen rond energiebesparende modi te abstraheren. Ons platform heeft standaard een laag vermogen - u hoeft aan de hostzijde weinig extra werk te doen om de radio een lager vermogen te geven. Als je een traditionele module zou gebruiken, zoals u-blox of Sierra, zou je veel meer werk moeten doen aan het energiebeheer van de radio met behulp van AT-commando's.

Mobiel netwerk

Omdat uw IoT-apparaat slechts kleine stukjes gegevens verzendt, is het over het algemeen beter om een ​​niet-IP-gebaseerd apparaatcommunicatieprotocol te gebruiken, dat anders is dan de manier waarop de meeste modems communiceren met een mobiel netwerk, via standaard TCP/IP. (Je zou TCP/IP kunnen gebruiken met NB-IoT, maar dan zou je veel dataoverhead betalen, wat een beetje in strijd is met waar NB-IoT voor is ontworpen.)

NB-IoT is niet de enige optie om uw IoT-apparaat in te zetten, en het is misschien ook niet de beste. Download deze gratis whitepaper voor meer informatie over welk type wide area network met laag stroomverbruik geschikt is voor uw gebruik.

Je hebt dus twee keuzes:gebruik traditioneel TCP/IP en betaal voor de overhead, of ontwerp een apart communicatieprotocol dat al die extra lagen weghaalt. Voor optie twee hebt u doorgaans uw eigen privénetwerkroutering binnen het mobiele netwerk nodig, evenals uw eigen apparaatbeheerserver die dit alternatieve protocol ondersteunt, vergelijkbaar met wat Link Labs biedt. Onze eigen private APN en VPN (virtual private network) stellen ons in staat om het verkeer te routeren zoals we willen, met behulp van niet-TCP/IP-communicatie. Dit element is een groot deel van de voorgestelde architectuur voor NB-IoT.

Eerlijk advies nodig over uw IoT-project?

Praat tegen ons. We hebben de expertise en de technologie om uw apparaat tot bloei te brengen, of u nu NB-IoT, LTE-M gebruikt of een andere LPWA-optie overweegt. Als u klaar bent om nu te implementeren, vraag ons dan naar ons LTE Cat-M1 pre-gecertificeerde hardwareplatform, dat de time-to-market van uw apparaat zou kunnen versnellen. We hebben binnenkort ook een NB-IoT-platform beschikbaar op basis van hetzelfde hardwareontwerp dat het ontwerp en de bouw van uw NB-IoT-apparaat zou kunnen vergemakkelijken.

Uw IoT-apparaat van de grond krijgen is ingewikkelder dan simpelweg een chip kopen, maar er is geen reden om stil te blijven staan ​​bij details. Vertel ons over uw project en wij helpen u een oplossing te ontwerpen die werkt.