Narrowband IoT (NB-IoT) é um protocolo de Internet das coisas sem fio (IoT) que usa tecnologia de rede de área ampla de baixa potência (LPWAN). Foi desenvolvido pela 3GPP para comunicação celular sem fio que permite uma ampla gama de novos dispositivos e serviços NB-IoT. NB-IoT é um dos três principais padrões 3GPP LPWAN.
O padrão de comunicação NB-IoT tem como objetivo permitir que dispositivos IoT operem através de redes de operadoras, seja dentro de uma onda de operadoras de comunicação GSM (Global System for Mobile) existente, em uma "banda de guarda" não utilizada entre canais LTE ou independentemente.
Um dos objetivos do NB-IoT é aumentar a extensão de cobertura além do que as tecnologias celulares existentes oferecem. Para fazer isso, NB-IoT oferece repetições de transmissão e diferentes configurações de alocação de largura de banda na transmissão uplink.
NB-IoT pode habilitar uma ampla gama de novos dispositivos e serviços de IoT. O NB-IoT reduz o consumo de energia dos dispositivos conectados, enquanto aumenta a capacidade do sistema e a eficiência da largura de banda, particularmente em locais que não são facilmente cobertos pelas tecnologias celulares tradicionais. Os dispositivos conectados NB-IoT podem ter uma duração de bateria de mais de 10 anos para muitos casos de uso.
Até hoje, 159 operadores investiram no NB-IoT com 107 redes implantadas/lançadas em todo o mundo.
Como funciona o NB-IoT?
NB-IoT é um padrão de transmissão de dados projetado para permitir que os dispositivos operem em redes de operadoras móveis. A tecnologia NB-IoT utiliza sinais de baixa largura de banda para comunicar dentro das tecnologias GSM e LTE existentes.
Os dispositivos e sensores especialmente concebidos são os componentes básicos nos sistemas NB-IoT. Estes dispositivos recolhem informação do seu ambiente e transmitem-na para estações base ou nós de transmissão NB-IoT. Estações rádio-base individuais são conectadas a um gateway IoT e servidores de aplicações em nuvem IoT para monitoramento centralizado e análise de dados.
NB-IoT emprega uma nova camada física com sinais e canais para atender aos requisitos de cobertura estendida em áreas rurais e em ambientes internos profundos, ao mesmo tempo em que permite uma complexidade muito baixa de dispositivos. A tecnologia subjacente é muito menos complexa do que a dos módulos GSM/GPRS.
Suportada por todos os principais fabricantes de equipamentos móveis, chipset e módulos, NB-IoT pode existir juntamente com redes móveis 2G, 3G e 4G.
Quais são os benefícios de NB-IoT?
Os benefícios do NB-IoT incluem:
- < forte> cobertura e conectividade. NB-IoT pode ajudar a suportar um grande número de dispositivos, estabelecendo redes NB-IoT que podem se conectar a bilhões de nós. Projetado para uma cobertura estendida em ambientes internos, a menor complexidade dos dispositivos fornece conectividade e comunicação de longo alcance.
- > forte>Baixo consumo de energia. NB-IoT não precisa executar um sistema operacional pesado, como o Linux, ou fazer muito processamento de sinal, o que o torna mais eficiente em termos de energia em comparação com outras tecnologias celulares.
- Baixo custo dos dispositivos. Como é mais fácil criar dispositivos com menor complexidade, o custo dos dispositivos é significativamente baixo, cerca de $5 por módulo.
- Vida de bateria multianual. A capacidade melhorada de consumo de energia permite à NB-IoT suportar uma duração de bateria de vários anos para dispositivos.
- Security. NB-IoT é seguro como 4G, incluindo todos os recursos de criptografia e autenticação baseados em SIM.
Exemplos de aplicações NB-IoT
NB-IoT pode ser usado para as seguintes aplicações:
- >>strong>Smart metering. NB-IoT funciona bem para monitorar medidores de água e gás através de transmissões de dados regulares e pequenas. A cobertura de rede é um grande problema na implementação de contadores inteligentes, uma vez que os contadores são muitas vezes instalados em locais difíceis, tais como subsolos profundos, em adegas ou em áreas rurais remotas. A cobertura e a penetração NB-IoT são capazes de resolver este problema.
- Cidades inteligentes. NB-IoT pode ajudar os governos locais a controlar a iluminação das ruas, determinar quando os caixotes do lixo devem ser esvaziados, identificar vagas de estacionamento livres, monitorar as condições ambientais e inspecionar as condições das estradas.
- forte>Cidades inteligentes. NB-IoT sensores conectados podem enviar alertas aos gerentes das instalações sobre questões de manutenção dos edifícios. Existem também sistemas de monitorização da temperatura interior que são baseados em sensores NB-IoT. NB-IoT pode servir para apoiar a conexão de banda larga de um edifício.
- > forte>> forte>>Tracking. NB-IoT fornece uma forma segura e barata de rastrear pessoas, animais e bens quando o rastreamento contínuo não é necessário. NB-IoT é bom para rastrear objetos que podem não estar em movimento o tempo todo.
- >strong>Smart farming. NB-IoT conectividade permite aos agricultores e cidades capturar dados de sensores ambientais contendo módulos NB-IoT que podem enviar alertas se algo fora do comum acontecer. Estes sensores podem ser usados para monitorar a temperatura e umidade do solo, assim como para rastrear os atributos da terra, poluição, ruído e chuva.
Uma lista de exemplos para aplicações NB-IoT.
NB-IoT vs. Cat-M1
As duas principais tecnologias que suportam implantações massivas de IoT são NB-IoT e Cat-M1. Enquanto NB-IoT e Cat-M1 são ambas tecnologias padronizadas 3GPP, elas abordam diferentes tipos de casos de uso com base na força de suas capacidades.
NB-IoT suporta dispositivos de ultra baixa complexidade com largura de banda muito estreita, 200 kHz. Devido à sua largura de banda estreita, a taxa de dados atinge picos de cerca de 250 kilobits por segundo (Kbps).
Cat-M1, por outro lado, opera a 1,4 MHz de largura de banda com maior complexidade de dispositivos e a um custo superior ao NB-IoT. Com a maior largura de banda, o Cat-M1 pode alcançar menor latência, maiores taxas de dados (até 1 megabits por segundo) e capacidades mais precisas de posicionamento do dispositivo.
NB-IoT e os dispositivos Cat-M1 podem dormir por longos períodos de tempo com recepção descontínua prolongada, um método utilizado na comunicação móvel para conservar a bateria de um dispositivo móvel. Ambos NB-IoT e Cat-M1 também suportam uma melhor cobertura de sinal por estação base.
NB-IoT vs. LTE-M
LTE-M, ou "Long-Term Evolution (LTE) machine-type communications (MTC)", é um padrão de tecnologia LPWAN introduzido pela 3GPP na versão 13.
LTE-M é uma tecnologia 5G que suporta a complexidade simplificada do dispositivo, baixo consumo de energia do dispositivo, densidade de conexão massiva e baixa latência. O LTE-M também fornece cobertura estendida e permite a reutilização da base instalada LTE.
LTE-M pode ser feita "in-band" dentro de uma operadora LTE padrão ou "stand-alone" em um espectro dedicado. Utiliza a tecnologia de espectro livre LTE spread spectrum. Os fabricantes de dispositivos que desejam implantar em redes celulares atuais podem usar LTE-M. Por outro lado, a NB-IoT utiliza a tecnologia de modulação de espectro de propagação de sequência direta para conectividade versus a tecnologia de propagação LTE. NB-IoT também pode ser implementado na banda de proteção de uma operadora LTE.
Como NB-IoT é muito flexível, pode operar nas bandas 2G, 3G e 4G e elimina a necessidade de um gateway, o que acaba economizando dinheiro.
NB-IoT oferece melhor cobertura interna, suporta um grande número de dispositivos de baixa produção, baixa sensibilidade de atraso, baixo consumo de energia do dispositivo, arquitetura de rede otimizada e é muito econômico.
LTE-M, no entanto, é mais caro porque várias grandes operadoras têm patentes sobre as tecnologias subjacentes e os usuários de LTE-M pagam royalties a essas empresas por sua propriedade intelectual.
NB-IoT vs. LoRa
LoRa, que é usada como uma tecnologia de rede de área ampla (WAN), é uma tecnologia de modulação não celular para LoRaWAN, o protocolo padrão para comunicações WAN.
Curto para longo alcance, LoRa é um protocolo de comunicação sem fio de baixa potência e longo alcance desenvolvido pela LoRa Alliance, uma organização sem fins lucrativos dedicada à padronização de tecnologias LPWAN como um padrão IoT seguro e eficiente em termos energéticos.
LoRa é uma tecnologia de modulação para LoRaWAN, uma especificação LPWAN destinada a comunicações de longo alcance. LoRa e NB-IoT operam ambos dentro da tecnologia LPWAN.
Embora NB-IoT e LoRa sejam ambas tecnologias de rede de área ampla de baixa potência criadas para dispositivos de baixa potência, NB-IoT tem uma latência menor em comparação com LoRa devido à maior potência de saída do dispositivo, que pode oferecer maiores taxas de dados.
NB-IoT opera no espectro licenciado. Entretanto, ele pode ser implantado em banda dentro de uma portadora LTE normal ou isoladamente para implantações em espectro dedicado. Como a largura do canal é muito pequena, permite que o sinal NB-IoT enterre dentro de um canal LTE maior, substitua um canal GSM ou exista nos canais de guarda de sinais LTE regulares.
LoRaWAN é uma técnica de modulação por espalhamento de espectro concebida para facilitar a comunicação entre dispositivos de baixa potência e aplicações IoT. O sistema sem fio LoRa usa freqüências não licenciadas disponíveis no mundo todo para se comunicar com uma rede.
Uma comparação de aplicações a considerar ao implementar o IoT.
Barreiras para NB-IoT tornando-se uma norma
As barreiras para NB-IoT tornar-se uma norma incluem:
- >>forte>Mobilidade limitada do dispositivo. Os dispositivos NB-IoT apenas permanecem conectados dentro de um ambiente finito e apenas a um operador de rede. Isso pode significar limitações para usos como wearables que deixam perímetros específicos. Se uma pessoa com um dispositivo desgastável, por exemplo, entrar em outro país, o dispositivo pode ficar inoperante se o operador não tiver uma presença local.
- >forte>Transmissão de dados limitada.Transmissão de voz ou vídeo não é uma opção porque NB-IoT só pode transmitir menos de um kilobyte de dados por dia, mais ou menos igual a uma mensagem de texto. A taxa de carregamento de dados NB-IoT é de cerca de 20 Kbps, baixa em comparação com as tecnologias concorrentes. Sua largura de banda é de cerca de 200 KHz.
- > forte> Falta de prova de conceito. Como os lançamentos comerciais têm sido relativamente limitados, é difícil determinar se a tecnologia tem sido um sucesso.