Internet of Things (IoT) ได้กลายเป็นเทคโนโลยีหลักในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆ ในด้านต่างๆ เช่น การบริโภค อุตสาหกรรม การดูแลสุขภาพ และเมืองอัจฉริยะ นักวิเคราะห์คาดการณ์ว่าภายในปี 2573 อุปกรณ์มากกว่า 25 พันล้านเครื่องจะต้องการเข้าถึงเครือข่ายที่เชื่อถือได้และปรับขนาดได้
วิธีเชื่อมต่ออุปกรณ์เหล่านี้อย่างประหยัด ประหยัดพลังงาน- และมีเสถียรภาพถือเป็นเรื่องท้าทาย เทคโนโลยีไร้สายแบบเดิม เช่น Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee และ LTE/5G ไม่สามารถตอบสนองความต้องการเฉพาะเหล่านี้ได้อย่างเต็มที่
NB-IoT มีเป้าหมายเพื่อลดช่องว่างนี้ NB-IoT ถูกกำหนดโดย 3GPP ใน LTERelease13 และได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องในเวอร์ชันต่อๆ ไป เป็นเครือข่ายบริเวณกว้างพลังงานต่ำ (LPWAN) ที่ทำงานบนคลื่นความถี่ที่ได้รับอนุญาต NB-IoT ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อรองรับการสื่อสารประเภทเครื่องจักรขนาดใหญ่- (mMTC) ปัจจุบัน NB-IoT ถูกนำไปใช้ในด้านต่างๆ เช่น เมืองอัจฉริยะ สาธารณูปโภค โลจิสติกส์ เกษตรกรรม และการดูแลสุขภาพ
ความท้าทายในการเชื่อมต่อที่ต้องเผชิญกับการขยายตัวของ Internet of Things
การขยายการใช้งาน Internet of Things (iot) เผชิญกับความท้าทายที่สำคัญหลายประการ:
การใช้พลังงาน: อุปกรณ์ Internet of Things (iot) จำนวนมากใช้พลังงานจากแบตเตอรี่- แต่โดยปกติแล้วจะติดตั้งในสถานที่ที่การเปลี่ยนแบตเตอรี่มีค่าใช้จ่ายสูงหรือทำไม่ได้ในทางปฏิบัติ อุปกรณ์เหล่านี้ต้องการอายุการใช้งานแบตเตอรี่ 5 ถึง 10 ปีในระหว่างรอบการส่งข้อมูลจริง
พื้นที่ครอบคลุม: โดยปกติแล้วอุปกรณ์จะติดตั้งในห้องใต้ดิน อุโมงค์ หรือพื้นที่ชนบท ซึ่งเทคโนโลยี เช่น Wi-Fi และ Bluetooth พลังงานต่ำ (BLE) ไม่สามารถให้การเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ ดังนั้นความครอบคลุมที่กว้างขวางและความสามารถในการเจาะลึกภายในอาคารจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
ต้นทุนและความสามารถในการปรับขนาด: การใช้งานในเมืองอาจเกี่ยวข้องกับเทอร์มินัลโหนดนับแสน โมดูลอุปกรณ์จะต้องมีราคาไม่แพง (ในหน่วยดอลลาร์- หลักเดียว) และเครือข่ายจะต้องสนับสนุนสถานีฐานแต่ละแห่งเพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์นับหมื่นเครื่องพร้อมกัน
Wi-Fi ใช้พลังงานมากเกินไปและไม่เหมาะกับการจ่ายไฟแบตเตอรี่ในระยะยาว- ระยะการส่งข้อมูลของ BLE และ Zigbee มีจำกัด แม้ว่า LTE/5G จะมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม แต่ยังไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับปริมาณข้อมูลต่ำโดยทั่วไปและการส่งข้อมูลความถี่ต่ำ-ของแอปพลิเคชัน Internet of Things จำนวนมาก
รากฐานทางเทคนิคของ NB-IoT
NB-IoT ขึ้นอยู่กับโครงสร้างพื้นฐาน LTE ที่มีอยู่แต่ทำให้ง่ายขึ้น ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนและการใช้พลังงาน มันทำงานในสามโหมด:
โหมดเครือข่ายแบบสแตนด์อโลน: ปรับใช้ในสเปกตรัม GSM ที่จัดสรรใหม่
ใน-โหมดแบนด์: ปรับใช้ภายในบล็อกทรัพยากรของผู้ให้บริการ LTE ที่มีอยู่
โหมดแถบป้องกัน: ใช้งานในแถบป้องกันที่ไม่ได้ใช้ระหว่างผู้ให้บริการ LTE
โมดูลวิทยุ NB-IoT นั้นเรียบง่ายกว่าและราคาถูกกว่า โดยมีแบนด์วิดท์ช่องสัญญาณเพียง 180kHz คุณสมบัติหลักได้แก่:
ความครอบคลุมที่ขยายมากขึ้น: งบประมาณลิงก์ที่ได้รับการปรับปรุงช่วยให้สามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน เช่น ห้องใต้ดินและพื้นที่ห่างไกล
โหมดประหยัดพลังงาน- (PSM และ eDRX) : อุปกรณ์สามารถรักษาสถานะการลงทะเบียนเครือข่ายไว้ได้ แต่จะคงอยู่ในสถานะไม่มีการเคลื่อนไหวเป็นเวลานาน โดยจะเริ่มทำงานเมื่อจำเป็นต้องส่งข้อมูลเท่านั้น ซึ่งสามารถลดการใช้พลังงานที่ไม่ได้ใช้งานลงได้ถึงระดับไมโครแอมแปร์ และยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ได้มากกว่า 10 ปี
การกำหนดเวลาที่มีประสิทธิภาพ: การใช้อัปลิงก์แนร์โรว์แบนด์พร้อมสัญญาณซ้ำช่วยให้มั่นใจได้ว่าการส่งข้อมูลขนาดเล็ก (ไบต์ถึงกิโลไบต์) มีความเสถียร ช่วงความล่าช้าคือจากหลายร้อยมิลลิวินาทีถึงหลายวินาที เหมาะสำหรับการใช้งานการวัดและส่งข้อมูลทางไกลส่วนใหญ่
ความหนาแน่นของอุปกรณ์: เซลล์ NB-IoT เดียวสามารถรองรับอุปกรณ์ได้มากถึง 50,000 เครื่อง ซึ่งทำให้สามารถ-ปรับใช้ในเมืองที่มีความหนาแน่นสูง
การรักษาความปลอดภัย: NB-IoT สืบทอดเฟรมเวิร์กการรักษาความปลอดภัย 3GPP อันทรงพลัง รวมถึงการตรวจสอบสิทธิ์โดยใช้ซิมการ์ด- การเข้ารหัส และการปกป้องความสมบูรณ์
ปริมาณงาน: อัตราข้อมูลอยู่ที่หลายสิบ kbps ปรับให้เหมาะสมสำหรับการส่งข้อมูลขนาดเล็กและไม่บ่อยนัก
การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ
การวัดแสงอัจฉริยะ
บริษัทสาธารณูปโภคเป็นหนึ่งในสาขาการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี NB-IoT หลัก มาตรวัดน้ำและมาตรวัดก๊าซที่รองรับ NB-IoT ได้เข้ามาแทนที่การอ่านมิเตอร์แบบแมนนวล และสามารถส่งข้อมูลได้อย่างน่าเชื่อถือแม้ในพื้นที่ในร่มลึก เช่น ห้องใต้ดิน ซึ่งช่วยเพิ่มความแม่นยำในการเรียกเก็บเงิน อำนวยความสะดวกในการตรวจจับการรั่วไหล และลดการดำเนินการด้วยตนเองให้เหลือน้อยที่สุด Vodafone และผู้ให้บริการรายอื่นๆ ในยุโรปได้ติดตั้งมิเตอร์อัจฉริยะ NB-IoT หลายล้านเครื่อง
การติดตามทรัพย์สินและการขนส่ง
NB-เซ็นเซอร์ IoT สามารถติดตามตำแหน่งและสถานะของสินค้า รวมถึงการตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อม เมื่อเปรียบเทียบกับโซลูชันที่ใช้เฉพาะ GPS อายุการใช้งานแบตเตอรี่ของเซ็นเซอร์เหล่านี้ก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก ตัวอย่างเช่น China Mobile ได้ปรับใช้เทคโนโลยี NB-IoT บนรถบรรทุกแบบใช้โซ่เย็นหลายพันคัน ซึ่งช่วยลดการสูญเสียสินค้าได้มากกว่า 15%
การตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อม
เมืองต่างๆ กำลังใช้เซ็นเซอร์ NB-IoT เพื่อตรวจสอบคุณภาพอากาศ มลภาวะทางเสียง และระดับน้ำ ในอินเดีย เซ็นเซอร์ระดับน้ำ NB-IoT สามารถแจ้งเตือนน้ำท่วมได้ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเทคโนโลยีนี้ในแง่ของค่าบำรุงรักษาต่ำและ-การใช้งานในระดับเทศบาล
โครงสร้างพื้นฐานอัจฉริยะ
NB-IoT กำลังถูกรวมเข้ากับโคมไฟถนนอัจฉริยะ มิเตอร์จอดรถ และถังขยะ ในเวียนนา โคมไฟถนนอัจฉริยะใช้ NB-IoT เพื่อปรับแสงสว่างตามเงื่อนไขของกิจกรรม ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานลง 30% ถังขยะอัจฉริยะจะแจ้งเตือนบริการเก็บขยะเมื่อขยะเต็ม จึงช่วยปรับเส้นทางให้เหมาะสมและประหยัดเชื้อเพลิง
อุปกรณ์ดูแลสุขภาพและอุปกรณ์สวมใส่
NB-IoT สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่างๆ ได้ เช่น เครื่องตรวจวัดระดับน้ำตาลในเลือดระยะไกล เครื่องกระตุ้นหัวใจ และปุ่มฉุกเฉินส่วนบุคคล โครงการนำร่องการแพทย์ทางไกลในชนบทใช้ NB-IoT เพื่อติดตามผู้ป่วยในพื้นที่ที่มีความครอบคลุมบรอดแบนด์ไม่เพียงพอ ดังนั้นจึงลดความจำเป็นที่ผู้ป่วยต้องไปโรงพยาบาล
เกษตรกรรม
เซ็นเซอร์ความชื้นในดินจะแนะนำเกษตรกรในการกำหนดแผนการชลประทานเพื่อลดการใช้น้ำและเพิ่มผลผลิตพืชผล ปลอกคอปศุสัตว์สามารถติดตาม-ตำแหน่งและสถานะสุขภาพของสัตว์แบบเรียลไทม์ ซึ่งจะทำให้การจัดการฝูงสัตว์มีประสิทธิภาพมากขึ้น
เปรียบเทียบกับเทคโนโลยีเครือข่ายบริเวณกว้างที่ใช้พลังงานต่ำ (LPWAN) อื่นๆ
LoRaWAN และ Sigfox เป็นเทคโนโลยี LPWAN หลักสองเทคโนโลยีที่ทำงานบนคลื่นความถี่ที่ไม่มีใบอนุญาต LoRaWAN เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการปรับใช้ในเครือข่ายเฉพาะ ในขณะที่ Sigfox ให้การครอบคลุมที่กว้างขวางผ่านผู้ให้บริการเครือข่าย อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีคลื่นความถี่ที่ได้รับใบอนุญาต ทั้งสองเทคโนโลยีมีความเสี่ยงต่อการรบกวนและอาจมีข้อจำกัดในแง่ของความสามารถในการอัปลิงก์และ-การสนับสนุนระยะยาวจากผู้ให้บริการ
ในทางตรงกันข้าม NB-IoT ใช้คลื่นความถี่ที่ได้รับอนุญาต โดยให้-ความน่าเชื่อถือระดับผู้ให้บริการ มาตรฐานสากล และ-การสนับสนุนระยะยาวจากผู้ให้บริการเครือข่ายมือถือ ทำให้สอดคล้องกับทิศทางการพัฒนาของ LTE-M และ 5G ดังนั้น NB-IoT จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับเครือข่ายสาธารณะที่จัดการโดยผู้ให้บริการ ในขณะที่ LoRaWAN มักจะมอบความยืดหยุ่นที่มากกว่าสำหรับเครือข่ายองค์กรเอกชน
ข้อควรพิจารณาในการออกแบบทางวิศวกรรม
NB-IoT เป็นส่วนเสริมมากกว่าการแทนที่มาตรฐานไร้สายอื่นๆ เช่น BLE, Wi-Fi หรือ Thread และมักจะอยู่ร่วมกับมาตรฐานเหล่านั้นในการปรับใช้แบบไฮบริด วิศวกรต้องชั่งน้ำหนักข้อดีและข้อจำกัดของ NB-IoT:
ความล่าช้า: ความล่าช้าไม่กี่วินาทีไม่สามารถใช้ได้กับแอปพลิเคชันที่ต้องมีการควบคุมแบบเรียลไทม์-
ความคล่องตัว: การสนับสนุนการสลับเซลล์ระหว่าง-มีจำกัด ดังนั้น NB-IoT จึงเหมาะสมที่สุดสำหรับอุปกรณ์เคลื่อนที่แบบอยู่กับที่หรือต่ำ-
ปริมาณงาน: อัตราข้อมูลถูกจำกัดไว้ที่สิบ kbps จึงไม่เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่มีปริมาณข้อมูลสูง-ข้อมูล-
การขึ้นอยู่กับผู้ให้บริการ: ความครอบคลุมและความพร้อมใช้งานของฟังก์ชันแตกต่างกันไปตามผู้ให้บริการและภูมิภาค
การใช้งาน NB-IoT ที่มีประสิทธิภาพต้องได้รับความเอาใจใส่เป็นพิเศษในด้านต่างๆ ต่อไปนี้:
เคมีของแบตเตอรี่: จำเป็นต้องเลือกอย่างระมัดระวัง เช่น การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไทโอนิลคลอไรด์ที่มีอายุการใช้งานยาวนาน-หรือซุปเปอร์คาปาซิเตอร์เพื่อรองรับการส่งกำลังพัลส์
การออกแบบเสาอากาศ: แม้ว่าจะสามารถใช้เสาอากาศขนาดเล็กได้ แต่จำเป็นต้องปรับอย่างระมัดระวังเมื่อใช้งานใต้ดินหรือในปลอกโลหะเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุด
การเลือกโมดูล: วิศวกรจะต้องจับคู่ฟังก์ชันของโมดูลและคลื่นความถี่ที่รองรับกับโครงสร้างพื้นฐานของผู้ให้บริการเครือข่าย
การอัปเดตเฟิร์มแวร์: การอัปเดตแบบ over-the-air (OTA) จะต้องดำเนินการในลักษณะที่เพิ่มขึ้นและมีประสิทธิภาพเพื่อประหยัดพลังงานและแบนด์วิดท์
หากคุณกำลังพัฒนาวงจรรวมหรือโมดูล NB-IoT ใหม่ T2M มี IP -ที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว ซึ่งสามารถลดระยะเวลาในการออกสู่ตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์ของคุณและลดความเสี่ยงในการพัฒนา
ข้อควรพิจารณาด้านกฎระเบียบและการปรับใช้
หมายเหตุ-IoT ใช้คลื่นความถี่ที่ได้รับใบอนุญาตและจำเป็นต้องร่วมมือกับผู้ให้บริการเครือข่ายมือถือ วิศวกรจะต้องคุ้นเคยกับการจัดสรรคลื่นความถี่ ข้อบังคับท้องถิ่น และใบอนุญาตใช้งาน การออกใบอนุญาตสเปกตรัมช่วยให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพที่คาดการณ์ได้และลดการรบกวน ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือโซลูชัน LPWAN ที่ไม่ได้รับอนุญาต นอกจากนี้ ข้อตกลงของผู้ปฏิบัติงานและการรับประกันระดับการบริการถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปรับใช้ระดับ-เมืองสำคัญ-ในอุตสาหกรรม เช่น สาธารณูปโภค การดูแลสุขภาพ และอุตสาหกรรม
บูรณาการกับเทคโนโลยีเกิดใหม่
NB-IoT กำลังบูรณาการเข้ากับเทคโนโลยีอื่นๆ มากขึ้นเพื่อสร้างโซลูชันไฮบริดที่ทรงพลัง:
การเชื่อมต่อแบบไฮบริด: อุปกรณ์สามารถใช้ NB-IoT สำหรับการเข้าถึงระบบคลาวด์ และรวมโปรโตคอลระยะสั้น- เช่น BLE, Matter หรือ Thread เพื่อให้เกิดการทำงานร่วมกันของอุปกรณ์ภายในเครื่อง
Edge Intelligence: อุปกรณ์ NB-IoT ที่ผสานรวมกับตัวเร่ง AI พลังงานต่ำ- สามารถประมวลผลข้อมูลภายในเครื่องได้ ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์การสั่นสะเทือนทางอุตสาหกรรมสามารถวิเคราะห์รูปแบบการสั่นสะเทือนบน-ไซต์งาน และส่งเฉพาะการแจ้งเตือนที่ผิดปกติเท่านั้น ซึ่งจะช่วยประหยัดแบนด์วิธได้อย่างมาก
การรวมดาวเทียม: โมดูล NB-IoT กำลังได้รับการทดสอบกับดาวเทียมวงโคจรโลกต่ำ (LEO) เพื่อให้การเชื่อมต่อสำหรับการใช้งานทางทะเล การขุด และการเกษตรระยะไกล
วิวัฒนาการด้านความปลอดภัย: การวิจัยใน-การเข้ารหัสควอนตัมหลังมีจุดมุ่งหมายเพื่อพัฒนาอัลกอริธึมที่ทนทานและมีน้ำหนักเบา-ซึ่งสามารถทำงานบนอุปกรณ์ NB-IoT ได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความสามารถของเครือข่ายในการต้านทานภัยคุกคามที่เกิดขึ้นใหม่
อุตสาหกรรม 4.0: ความสามารถในการปรับขนาดและประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงของ NB-IoT ช่วยให้สามารถสร้างเครือข่ายเซ็นเซอร์หนาแน่นในโรงงานอัจฉริยะ รวมถึงเซ็นเซอร์ตรวจสอบสภาพ มิเตอร์ไฟฟ้า และแท็กการขนส่ง
แนวโน้มในอนาคต
NB-IoT ได้รับการรวมไว้ในแผนงาน 5G MTC เพื่อให้มั่นใจว่ามีการพัฒนาและวิวัฒนาการอย่างต่อเนื่อง การบูรณาการเข้ากับเครือข่ายไฮบริด การประมวลผลแบบเอดจ์ การเชื่อมต่อผ่านดาวเทียม และอุตสาหกรรม 4.0 ทำให้เป็นเทคโนโลยีพื้นฐานสำหรับระบบนิเวศอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (Internet of Things) ที่ใช้พลังงานต่ำและปรับขนาดได้ เนื่องจากเมืองและอุตสาหกรรมต่างๆ ปรับใช้โครงสร้างพื้นฐานที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้น NB-IoT จึงถูกคาดหวังให้กลายเป็นโซลูชันการเชื่อมต่อที่ทรงพลังและคุ้มค่า-ในทศวรรษต่อๆ ไป
การประยุกต์ใช้ NB-IoT ในการปรับใช้ iot ขนาดใหญ่-
NB-IoT ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อตอบสนองความต้องการพื้นฐานของแอปพลิเคชัน Internet of Things ขนาดใหญ่-: ประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง การครอบคลุมที่กว้าง -ความสามารถในการปรับขนาดขนาดใหญ่ และการรักษาความปลอดภัยที่แข็งแกร่ง ช่วยเติมเต็มช่องว่างสำคัญระหว่างโปรโตคอลไร้สายแบบเดิมและ LPWAN ที่เป็นกรรมสิทธิ์โดยการจัดหา-โซลูชันมาตรฐานระดับโลกระดับผู้ให้บริการ
การใช้งานจริงในด้านต่างๆ เช่น การวัดแสงอัจฉริยะ การตรวจสอบสิ่งแวดล้อม โลจิสติกส์ การดูแลสุขภาพ และการเกษตร ได้พิสูจน์ประสิทธิภาพในสถานการณ์การใช้งานต่างๆ แม้ว่าจะมีข้อจำกัดในแง่ของเวลาแฝง ความคล่องตัว และปริมาณงาน แต่ NB-IoT ยังคงเป็นเทคโนโลยีเสริมที่สำคัญสำหรับการสร้างเครือข่าย Internet of Things ขนาดใหญ่-ที่ใช้พลังงาน-อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัย
ด้วยอุปกรณ์หลายพันล้านเครื่องที่เชื่อมต่อกับเครือข่าย จึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับวิศวกรที่พัฒนาระบบที่มุ่งเน้นอนาคตและมีเสถียรภาพ- ที่จะต้องเข้าใจข้อดีและข้อเสีย เทคโนโลยีการปรับใช้ และศักยภาพในการบูรณาการของ NB-IoT
