Технология NB-IoT — описание, применение в России

Умные устройства постепенно проникают в нашу жизнь: автосигнализация сама сообщает хозяину о неисправностях, а в умном доме к приходу хозяина может быть готов горячий чайник. Для работы умных вещей разработан новый стандарт сотовой связи NB-IoT.

Рассказываем подробнее о том, что это за технология, и как она может быть применена в обычной жизни.

Аббревиатура расшифровывается как Narrow Band Internet of Things, из чего становится понятно, что это технология для интернета вещей. Это стандарт сотовой связи для гаджетов с низкими объемами обмена данными. Устройства с этим стандартом могут работать до 10 лет без смены аккумуляторов и без обслуживания человеком.

Вот в каких сферах жизни может успешно использоваться технология NB-Iot:

Медицинские датчики,
Счетчики потребления ресурсов,
Датчики видеослежения,
Автосигнализации,
Умные системы отопления и прочие устройства умного дома.

Всего около 50 направлений деятельности.

Все эти системы относят к интернету вещей: суть этого понятия в том, что вещи сами "общаются" между собой, чтобы снизить участие человека в процессе управления ими. Для этого "общения" и обмена данными требуется постоянное подключение к мобильному интернету, но устройства тратят трафика очень мало. Именно для таких случаев развертывают новый протокол подключения NB-IoT.

Сеть нового формата может быть развернута поверх GSM, на физическом оборудовании сетей LTE. К достоинствам протокола можно отнести:

Эффективное энергопотребление устройств (до 10 лет работы с одной батарейкой емкостью 5 Кт/ч);
Большая емкость сети — к одной базовой станции NB-IoT можно подключить до 50 тысяч устройств;
Низкая стоимость оборудования — модемов, датчиков и т.п.;
Чувствительная модуляция сигнала для наилучшего приема.

Не углубляясь в технические параметры, можно сказать, что особенности нового стандарта дают возможность устройствам работать при низких уровнях сигнала и высоком уровне шумов, передавать короткие текстовые сообщения, ведь от них не требуется передача аудио- и видеороликов. Все это ведет к сниженному энергопотреблению, уменьшению габаритов и удешевлению устройств в целом.

Покрытие NB-IoT использует практически те же частоты, что и стандарты 2G/3G/4G. Наиболее часто используются 800 МГц, 900 Мгц, 1800 МГц, 1900 МГц. Более высокие частоты влияют на “затухание” сигнала, хотя разрешен диапазон до 2690 МГц.

Существует 3 варианта развертывания сетей NB-IoT, каждый из которых имеет собственное наименование:

Guard Band — для работы требуется отдельный частотный спектр;
In Band — размещение в защитном частотном диапазоне LTE-сетей;
Stand Alone — развертывание этого варианта подразумевает работу сетей LTE и NB-IoT на единых частотах.

В целом, новый протокол сотового соединения сможет работать везде, где есть сети LTE, при этом для передачи данных необходима скорость всего около 300 Кбит/с — этого вполне достаточно для надежной работы устройств, передающих периодически одну и ту же информацию.

В России практически все готово для масштабного запуска нового стандарта, поскольку операторы хорошо развили покрытие LTE на большей части страны.

Первая рабочая версия стандарта в мире была представлена в 2016 году. В России о внедрении технологии NB-IoT первым заговорил сотовый оператор “МегаФон”. Тестовый участок сети он развернул 9 марта 2017 года. Осенью 2018 года уже была представлена работа покрытия в Москве и Санкт-Петербурге.

“Билайн” также в 2018 году на нескольких базовых станциях двух столиц запустил сервис NB-Iot и нашел ему практическое применение. Это был пилотный проект в квартале Марьино, где были установлены интеллектуальные счетчики в паре с NB-IoT модемами и программами для сбора и обработки данных.

В 2019 году “МегаФон” уже запустил в работу около 500 базовых станций в районе Красноярска, Омска, Томска, Новосибирска и таким образом покрыл интернетом вещей территорию этих мегаполисов. Теперь технология работает по всей России.

Максимально продвинулся в сфере интернета вещей сотовый оператор МТС. В 2016 году он протестировал совместно с Nokia первое комплексное решение интернета вещей и радиоинтерфейса NB-IoT, через год открыл первую в России лабораторию для тестирования решений и сервисов в этой сфере. С 2018 года объявил о готовности инфраструктуры для развертывания решений на базе промышленного интернета вещей на предприятиях России. Они востребованы в транспорте, энергетике, контроле расхода ресурсов в ЖКХ, медицине, торговом ритейле, умных домах и системах мониторинга умного города.

Сети NB-IoT поддерживаются базовыми станциями МТС стандарта LTE и имеют техническую совместимость с устройствами от Nokia, Ericsson, Samsung и Cisco. Новый протокол обеспечивает быстрое и безопасное подключение всевозможных датчиков, счетчиков, сенсоров. Успешные запуски прошли в 20 городах России, включая отдаленные Сургут, Томск, Владивосток, Новосибирск и другие. Сейчас покрытие доступно во всех регионах страны.

Для бизнеса это очень выгодное решение, так как к одной станции подключаются десятки тысяч устройств. Также к плюсам можно отнести высокую радиочувствительность и долгий срок службы радиомодулей. Все это позволяет снизить затраты, но настроить действительно инновационные технологические сервисы.

На официальном сайте МТС есть комплексное решение для бизнеса — платформа для управления подобными устройствами. Она обеспечивает:

Онлайн-доступ к IoT-устройствам;
Автоматический сбор данных с датчиков;
Оповещения об аварийных ситуациях.

Это готовая платформа промышленного класса, поддерживающая 10 000 моделей устройств — датчиков, сенсоров, модемов.

Тарифы оператора МТС для технологии ТМ-IoT<br>

К основным функциям платформы можно отнести:

Разработку вертикальных решений под требования бизнеса;
Удаленное управление устройствами;
Сбор и обработку данных с датчиков;
Представление данных в виде списков и графиков, с выгрузкой отчетов в популярных форматах;
Собственную настройку правил и исключений;
Взаимодействие с внешними системами.

Управление системой производится через компьютер, где при установке программного обеспечения можно просматривать статусы и состояния датчиков, добавлять новые устройства, обновлять прошивки и в целом наблюдать за процессом работы.

Данная NB-IoT платформа создана для тех, кто внедряет проекты интернета вещей, для производителей подобных устройств и разработчиков frontend-приложений.

За каждое устройство, подключенное к платформе, взимается плата от 150 руб. в год, и зависит от включенного объема трафика или пакета SMS для обмена данными между устройствами. Стоимость сравнима с оплатой по тарифам “для умных вещей”, но здесь речь идет о промышленных масштабах и совершенно новых возможностях управления умными гаджетами. Подключить платформу IoT можно через подачу заявки на официальном сайте — оператор готов разработать индивидуальное предложение под каждую коммерческую компанию.

Наравне с NB-IoT существует еще одно решение для умных устройств — датчиков, способных контролировать и обрабатывать огромные массивы на производстве. Это технология LoRa, запатентованное расширение частотного спектра. Между NB-IoT и LoRa много общего, но не меньше и различий.

1) Лицензия. NB-Iot — это полноценный стандарт сотовой связи, а значит, им будут заниматься только те, кто уже ранее присутствовал на рынке мобильной связи. Этим компаниям нет необходимости строить новые вышки, достаточно обновить программное обеспечение и после этого запустить сервисы NB-IoT. Для использования частотного спектра необходима лицензия. В случае же с LoRa лицензия не нужна, так как это не сотовый стандарт. Работать в технологической среде LoRa может любая IT-компания.

2) Отправка данных. Устройства в сети NB-IoT должны постоянно синхронизироваться с сетью, на что тратится заряд аккумулятора. Оборудование по протоколу LoRa работает по-другому, оно “спит”, пока не появляются новые данные для отправки, а значит, большую часть времени экономит энергию, не тратя ее на синхронизацию.

3) Время работы. Этот параметр вытекает напрямую из предыдущего пункта. Если устройства не синхронизируются с сетью, время автономной работы возрастает. Исследования показали, что автономность LoRa-устройств в 5 раз выше, чем у датчиков NB-IoT.

4) Покрытие. Так как стандарт NB-IoT тесно связан с LTE-инфраструктурой, эти сети будут отлично работать в сложных городских условиях. LoRa имеет устойчивое покрытие вне зависимости от рельефа и строений, так как не полагается на мобильную связь. В этом отношении сети LoRa требуют меньше затрат.

5) Скорость передачи данных. Новейший протокол NB-Iot обеспечивает высокую скорость передачи информации, до 200 Кбит/с, тогда как сети LoRa лишь до 50 Кбит/с. Однако для многих устройств и случаев этого вполне достаточно.

Подводя итог сравнению, можно сказать, что LoRa — технология, подходящая для нетребовательных к ресурсам и скоростям передачи данных случаев. Она проста в настройке, превосходит по времени автономной работы и может эксплуатироваться в частных корпоративных сетях.

NB-IoT — стандарт для мощных приложений, требовательных к времени задержки и регулярному приему и отправке информации.

Оба стандарта имеют право на существование, однако NB-IoT может использоваться только крупными игроками рынка сотовой связи для серьезных проектов с десятками тысяч устройств. В то же время, настройка “умного завода” вполне возможна и частной фирмой, занимающейся развертыванием сетей по протоколу LoRa — это будет гораздо дешевле и эффективнее.

Технология NB-IoT — новый стандарт сотовой связи, разработанный для настройки интернета вещей. Применяется для работы датчиков, сенсоров, модемов в умных устройствах в сфере медицины, жилищно-коммунального хозяйства, дорожного движения, городской инфраструктуры и пр.

Комплексные решения для бизнеса по технологии NB-IoT уже сейчас предлагают крупнейшие сотовые операторы России — МТС, “МегаФон”, билайн.