NB-IoT là gì?
I. Định Nghĩa NB-IoT
NB-IoT (Narrowband IoT) hay còn được gọi là LTE Cat NB1 là một công nghệ Mạng Khu Vực Rộng Công Suất Thấp (LPWA) được phát triển bởi 3GPP dành cho các ứng dụng IoT. Đây là một công nghệ LPWAN dựa trên mạng di động, sử dụng các mạng di động hiện có để truyền thông không dây. NB-IoT là một công nghệ băng hẹp, công suất thấp, có khả năng xử lý một lượng nhỏ dữ liệu truyền hai chiều một cách hiệu quả, an toàn và đáng tin cậy.
Các thông số kỹ thuật của NB-IoT được giới thiệu trong "phiên bản 13" dưới dạng LTE Cat-NB1, và sau đó, với phiên bản 14, các thông số kỹ thuật được nâng cao và được gọi là LTE Cat-NB2. NB-IoT rất giống với LTE Cat M1 ở chỗ nó chủ yếu được thiết kế cho các thiết bị IoT, ưu tiên khoảng cách tín hiệu và mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với tốc độ dữ liệu. NB-IoT tiến xa hơn trong việc cân bằng này, đạt được khoảng cách xa hơn và mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn bằng cách sử dụng tốc độ dữ liệu thậm chí thấp hơn so với LTE Cat M1. NB-IoT có tốc độ tải lên 66 kbps và tốc độ tải xuống 26 kbps trong chế độ bán song công, nghĩa là dữ liệu chỉ đi theo một hướng tại một thời điểm. Nó cũng có độ trễ từ 1,6 đến 10 giây. NB-IoT sử dụng điều chế OFDM cho liên kết xuống và SC-FDMA cho liên kết lên.
NB-IoT sử dụng một phần của tiêu chuẩn LTE nhưng giới hạn băng thông ở một băng tần hẹp duy nhất 200 kHz. Nó thường hoạt động trong băng thông rất hẹp - 180 kHz - và có thể được triển khai trong phần bảo vệ của mạng LTE, tức là giữa các kênh trong phần phổ không sử dụng. Nhờ vào điều này, NB-IoT rất phù hợp cho các dự án IoT có phạm vi phủ sóng rộng lớn, cung cấp phạm vi lên tới bảy lần so với các công nghệ khác như LTE Cat M1.
Các ứng dụng IoT yêu cầu truyền thông thường xuyên hơn sẽ được phục vụ tốt hơn bởi NB-IoT, vì nó không có giới hạn chu kỳ hoạt động khi hoạt động trên phổ được cấp phép. NB-IoT dựa vào các dạng sóng đơn giản để kết nối, tiêu thụ rất ít năng lượng so với LTE Cat M1. Các thiết bị NB-IoT cũng có thể cung cấp khả năng xuyên thấu tốt hơn qua các tòa nhà và chướng ngại vật.
NB-IoT cải thiện đáng kể mức tiêu thụ năng lượng của các thiết bị người dùng, dung lượng hệ thống và hiệu quả phổ, đặc biệt trong phạm vi phủ sóng sâu. Tuổi thọ pin hơn 10 năm có thể đạt được khi sử dụng NB-IoT cho nhiều trường hợp sử dụng khác nhau. Được hỗ trợ bởi tất cả các nhà sản xuất thiết bị di động, chipset và module chính, NB-IoT có thể cùng tồn tại với các mạng di động 2G, 3G và 4G. Nó cũng hưởng lợi từ tất cả các tính năng bảo mật và quyền riêng tư của các mạng di động, chẳng hạn như hỗ trợ bảo mật danh tính người dùng, xác thực thực thể, bảo mật, toàn vẹn dữ liệu và nhận dạng thiết bị di động.
Các thiết bị và cảm biến được thiết kế đặc biệt là các thành phần cơ bản của hệ thống NB-IoT. Những thiết bị này thu thập thông tin từ môi trường xung quanh và truyền tải tới các trạm gốc NB-IoT hoặc các nút truyền tải. Các trạm gốc cá nhân được kết nối với một cổng IoT và các máy chủ ứng dụng đám mây IoT để giám sát tập trung và phân tích dữ liệu.
Trái ngược với LTE Cat M1, NB-IoT không hỗ trợ đầy đủ cho khả năng di chuyển. NB-IoT phổ biến hơn trong các ứng dụng và trường hợp sử dụng với các tài sản và thiết bị cố định (không di chuyển). Điều này không có nghĩa là NB-IoT không thể được sử dụng cho các tài sản và thiết bị di động; nó chỉ bị giới hạn. Trong NB-IoT, thiết bị cần phải lựa chọn lại ô khi di chuyển, điều này không xảy ra với LTE Cat M1. Do đó, nó ít phù hợp hơn cho các thiết bị di động. Việc lựa chọn lại ô cũng ảnh hưởng đến tuổi thọ pin vì nó tiêu thụ nhiều năng lượng hơn để lựa chọn lại ô liên tục khi di chuyển.
Công nghệ NB-IoT hoạt động bằng cách sử dụng các khối tài nguyên trên các mạng LTE hiện có hoặc trong các băng bảo vệ của nhà mạng LTE. Nó cũng có thể hoạt động bằng cách sử dụng các băng tần 200 khz không sử dụng trước đây đã được sử dụng bởi GSM.
II. Các thông số kỹ thuật chính của NB-IoT
| 3GPP Release | Release 13 (Cat NB1) | Release 14 (Cat NB2) |
|---|---|---|
| Downlink Peak Data Rate | 26 kbit/s | 127 kbit/s |
| Uplink Peak Data Rate | 66 kbit/s (multi-tone) 16.9 kbit/s (single-tone) | 159 kbit/s |
| Latency | 1.6-10 ms | 1.6-10 ms |
| Receive Bandwidth | 180 kHz | 180 kHz |
| Transmit Power | 20/23 dBm | 14/20/23 dBm |
| Duplex Mode | Half Duplex | Half Duplex |
| Support for Voice (VoLTE) | No | No |
| Antennas | 1 | 1 |
III. Lợi ích của NB-IoT
- Phủ sóng và kết nối phổ biến - NB-IoT có thể hỗ trợ hàng loạt các thiết bị bằng cách thiết lập các mạng NB-IoT có thể kết nối với hàng tỷ nút. Được thiết kế để phủ sóng mở rộng trong nhà, các thiết bị có độ phức tạp thấp cung cấp khả năng kết nối và truyền thông tầm xa.
- Tiêu thụ năng lượng thấp - NB-IoT không cần chạy hệ điều hành nặng nề như Linux hay xử lý nhiều tín hiệu, điều này làm cho nó hiệu quả về năng lượng hơn so với các công nghệ di động khác. Các thiết bị NB-IoT có độ phức tạp thấp hơn rất nhiều.
- Chi phí thiết bị thấp - Vì dễ dàng tạo ra các thiết bị có độ phức tạp thấp hơn, chi phí của các thiết bị này thấp đáng kể, khoảng 5 đô la cho mỗi module.
- Tuổi thọ pin nhiều năm - Khả năng tiêu thụ năng lượng được nâng cao cho phép NB-IoT hỗ trợ tuổi thọ pin nhiều năm cho các thiết bị.
- Bảo mật - NB-IoT được bảo mật giống như 4G, bao gồm tất cả các tính năng mã hóa và xác thực dựa trên SIM.
IV. Ứng dụng của NB-IoT
Các ứng dụng phổ biến nhất của NB-IoT bao gồm đồng hồ đo thông minh gas, nước, điện, các ứng dụng thành phố thông minh như đèn đường thông minh và cảm biến đỗ xe, cùng các ứng dụng cảm biến từ xa khác không cần truyền tải dữ liệu thường xuyên hoặc lớn. Điều này cũng bao gồm kiểm soát HVAC, giám sát công nghiệp, và cảm biến nông nghiệp giám sát hệ thống tưới tiêu và phát hiện rò rỉ. Các ứng dụng khác của NB-IoT bao gồm:
- Thành phố thông minh - Các ứng dụng tĩnh với yêu cầu băng thông thấp như đỗ xe thông minh, giám sát tiếng ồn, ô nhiễm, quản lý chất thải, và giám sát giao thông thông minh. NB-IoT có thể giúp các chính quyền địa phương kiểm soát đèn đường, xác định thời điểm thùng rác cần đổ, xác định các chỗ đỗ xe trống, giám sát điều kiện môi trường và khảo sát tình trạng đường.
- Nông nghiệp thông minh - Các ứng dụng tĩnh với yêu cầu băng thông thấp như trạm thời tiết, độ ẩm/nhiệt độ của đất và các ứng dụng môi trường khác. Kết nối NB-IoT cho phép nông dân và các thành phố thu thập dữ liệu từ các cảm biến môi trường chứa các module NB-IoT có thể gửi cảnh báo nếu có điều gì bất thường xảy ra. Các cảm biến này có thể được sử dụng để giám sát nhiệt độ và độ ẩm của đất, cũng như theo dõi các thuộc tính của đất, ô nhiễm, tiếng ồn và mưa.
- Tòa nhà thông minh - Các cảm biến NB-IoT có thể gửi cảnh báo tới các nhà quản lý cơ sở về các vấn đề bảo trì tòa nhà. Ngoài ra còn có các hệ thống giám sát nhiệt độ trong nhà dựa trên các cảm biến NB-IoT. NB-IoT có thể phục vụ như một đường truyền dự phòng cho kết nối băng thông rộng của tòa nhà.
- Theo dõi - NB-IoT cung cấp một cách an toàn, chi phí thấp để theo dõi người, động vật và tài sản khi không cần theo dõi liên tục. NB-IoT phù hợp để theo dõi các đối tượng có thể không di chuyển thường xuyên.
- Logistics & Vận chuyển - Các tài sản bán tĩnh như thiết bị làm lạnh thương mại (kem, nước giải khát, v.v.) và thiết bị logistics tại chỗ (kệ, xe đẩy, thang máy và các thiết bị kho khác).
- Công nghiệp & Sản xuất - Máy móc cố định với tốc độ dữ liệu thấp cho các biến quá trình ảnh hưởng gián tiếp đến sản xuất hoặc chất lượng, theo dõi tài sản công nghiệp và giám sát năng lượng.
V. Thiết bị sử dụng NB-IoT
Có nhiều công nghệ LPWA khác cũng đang được xem xét cho các ứng dụng IoT. Một công nghệ phổ biến khác là LTE CAT M-1.
Nguồn: https://www.everythingrf.com/community/what-is-nb-iot
