NB-IoT, Narrow Band Internet of Things. Общая информация, особенности технологии

    Добрый день всем!


    Здесь описывается NB-IoT с точки зрения оконечных устройств и простых пользователей. Так как информации много, то разобью её на несколько частей. В этой части обсудим общую информацию, особенности технологии NB-IoT и состояние на начало 2019 г.



    NB-IoT (Narrow Band Internet of Things) – технология сотовой связи на основе LTE, предназначенная для стационарных устройств с низкими объемами передаваемых данных и малым потреблением. Ассоциация GSM обещает, что устройства NB-IoT будут дешевыми и (при определенных условиях) смогут работать от обычных батареек до 10 лет. Интересно, что ассоциация также описывает NB-IoT как технологию, созданную в сжатые сроки в ответ на запросы пользователей и конкуренцию со стороны аналогичных проприетарных решений:
    https://www.gsma.com/iot/wp-content/uploads/2018/04/NB-IoT_Deployment_Guide_v2_5Apr2018.pdf


    NB-IoT относится с так называемому CIoT, Cellular IoT (по терминологии 3GPP) или MIoT, Mobile IoT (по терминологии GSMA) и продвигается операторами сотовой связи и производителями соответствующего оборудования. Узкополосным (Narrow Band) этот вид связи назвали по сравнению с «традиционным» LTE, где используются существенно более широкие полосы частот (3, 5, 10, 15, 20 МГц). Ширина частотного канала NB-IoT составляет 200 кГц.


    Несколько слов про CIoT (MIoT)


    На данный момент CIoT (MIoT) разветвляется на 2 направления: NB-IoT и LTE-M (также называемый eMTC или LTE Cat.M).


    NB-IoT ориентирован скорее на неподвижные (стационарные) устройства, так как в этом режиме не поддерживается автоматическое переключение между сотами (handover). При перемещении в другую соту устройству NB-IoT придется снова регистрироваться в сети. Таким образом, NB-IoT предназначается в первую очередь для таких приложений, как автоматический сбор показаний со счетчиков, датчиков, дистанционное управление уличным освещением и т.п. В отличие от NB-IoT, другая «ветка» CIoT – LTE-M – поддерживает как переключение между сотами, так и обеспечивает в несколько раз большие скорости приема/передачи.


    Преимущества и недостатки NB-IoT


    Как обычно, преимущества и недостатки напрямую связаны друг с другом: если где-то прибыло, то где-то убыло. Здесь просто перечислю их с небольшими комментариями, а детали обсудим позже.


    Преимущества NB-IoT


    • Низкое энергопотребление оконечных устройств (при использовании режимов энергосбережения PSM и eDRX)
    • Большой энергетический бюджет линии связи (GSMA называла цифру 164 дБ)
    • Теоретически глобальное покрытие
    • Теоретически низкая стоимость модемов (модулей) и услуг связи

    Недостатки NB-IoT


    • Возможны большие задержки связи при использовании режимов энергосбережения. Дело в том, что оконечное устройство, находясь в режимах энергосбережения, оказывается недоступно со стороны сети (сервера приложений). Максимальная задержка при использовании режима eDRX определяется максимальным периодом eDRX, который составляет 10485,76 секунды, т.е. почти 3 часа. Максимальная задержка при использовании режима PSM определяется максимальным временем нахождения устройства в режиме PSM – 9920 часов, что составляет 413 дней и 8 часов, т.е. больше 1 года! Режимы энергосбережения подробно обсуждаются в следующей части
    • Отсутствие поддержки мобильности
    • Низкие скорости приёма и передачи данных (см. ниже)

    Развитие NB-IoT в мире и РФ


    Интересно, что некоторые страны/регионы отдают предпочтение первоочередному развитию NB-IoT (Европа, Китай, Россия), другие – LTE-M (США, Канада). Но в целом есть мнение, что в недалёком будущем оба стандарта будут развернуты глобально.


    Вот карта и коммерческие запуски сетей CIoT по данным GSMA:


    Карта развития сетей NB-IoT и LTE-M в Мире
    Данные о коммерческих запусках сетей NB-IoT и LTE-M в Мире


    Россия на карте GSMA почему-то пока остаётся в серой зоне. Или ждут подтверждений коммерческих запусков?


    Тем не менее, вот некоторые интересные пресс-релизы операторов сотовой связи РФ по поводу NB-IoT:
    МТС запускает специальный NB-IoT тариф для интернета вещей
    МТС выпустила sim-карты NB-IoT для интернета вещей
    МТС построила первую в России федеральную сеть NB-IoT для интернета вещей
    МегаФон представил первый в России тариф для управления NB-IoT-устройствами
    Билайн представил первую в России гибридную сеть для IoT
    Билайн начал тестировать решения IoT в Москве
    Tele2, Ericsson и Ростелеком протестировали NB-IoT для ЖКХ в Москве и Петербурге


    Когда писалась эта статья, пришла информация, что МТС уже запустил свою сеть NB-IoT в коммерческую эксплуатацию!


    Скорости передачи данных в NB-IoT


    Если в спецификациях 3GPP Release 13 был определен только один вариант NB-IoT – Category NB1, то в спецификациях 3GPP Release 14 появилось 2 варианта: Category NB1 и NB2. Вариант Category NB2 является более скоростным. Для сравнения возможностей NB1 и NB2 в таблице 1 приведены максимальные размеры транспортных блоков на прием и передачу согласно спецификации 3GPP 36.306 Release 14:


    Таблица 1. Размеры транспортных блоков Cat. NB1, NB2 (Release 14)
    Категория оборудования Максимальный размер транспортного блока на прием (DL), бит Максимальный размер транспортного блока на передачу (UL), бит
    Category NB1 680 1000
    Category NB2 2536 2536

    Qualcomm в спецификации чипа MDM9206 (используется в модуле N20) приводит следующие скорости передачи в режиме Cat. NB1: прием (DL) – 20 кбит/с, передача (UL) – 60 кбит/с:
    https://www.qualcomm.com/products/mdm9206-iot-modem


    Аналогичные результаты для NB1 приводят коллеги из МТС, упоминая, что для категории NB2 максимальная скорость приема/передачи составит более 100 кбит/с:
    https://habr.com/company/ru_mts/blog/430496/

    Но, насколько понимаю, речь идет о физической скорости в канале связи, соответственно, реальная скорость передачи данных будет намного меньше. К сожалению, на данный момент экспериментальными данными о максимальной скорости передачи в режиме NB-IoT я не располагаю.


    Частотные диапазоны для NB-IoT в РФ


    Согласно решению ГКРЧ от 28 декабря 2017 года (протокол №17-44), https://digital.gov.ru/ru/documents/5875/, для NB-IoT могут использоваться следующие полосы частот на территории РФ:
    453–457,4 МГц,
    463–467,4 МГц,
    791–820 МГц,
    832–862 МГц,
    880–890 МГц,
    890–915 МГц,
    925–935 МГц,
    935–960 МГц,
    1710–1785 МГц,
    1805–1880 МГц,
    1920–1980 МГц,
    2110–2170 МГц,
    2500–2570 МГц,
    2620–2690 МГц.


    За небольшим исключением:


    … исключение работы РЭС в режиме NB-IoT в полосах радиочастот 453–453,15 МГц и 463–463,15 МГц на территории г. Москвы и Московской области

    Похоже, ГКРЧ просто разрешила разворачивать NB-IoT во всех частотных диапазонах, в которых когда-либо было разрешено разворачивание каких-либо сетей сотовой связи…
    Но какие из них будут использоваться в первую очередь?


    По данным, полученным из разных источников, на начало 2019 г. для NB-IoT (в тестовом режиме) в России используются следующие частотные диапазоны:


    • Мегафон – диапазон B8 (UL: 880-915 МГц, DL: 925-960 МГц)
    • МТС, Билайн, Теле2 – диапазоны B20 (UL: 832-862 МГц, DL: 791-821 МГц) и B3 (UL: 1710-1785 МГц, DL: 1805-1880 МГц)

    Эти данные полностью совпадают с европейскими частотными диапазонами, которые приводятся в NB-IoT Deployment Guide to Basic Feature set Requirements. Version 2.0 от 5 апреля 2018 г.


    Таким образом, на начало 2019 г. актуальными диапазонами NB-IoT для РФ можно считать: B20, B8 и B3.


    По мнению некоторых участников рынка, NB-IoT будет разворачиваться прежде всего в субгигагерцовых частотных диапазонах (B20, B8), чтобы обеспечить наилучшее покрытие.


    Можно ли будет в NB-IoT отправлять/принимать TCP/UDP-пакеты так же, как в GSM, например?


    Можно! По крайней мере мы пробовали отправлять и принимать TCP/UDP-пакеты при помощи модулей N21 и N20, и всё получилось.


    Можно ли будет в NB-IoT отправлять и принимать SMS?


    Согласно упоминавшемуся чуть выше документу ассоциации GSM, на апрель 2018 г. функция SMS не была включена в минимальный набор требований, рекомендованных GSMA для реализации в сетях NB-IoT. По результатам опроса, проведенного GSMA, только некоторые из операторов планируют реализовать SMS в режиме NB-IoT в будущем. Тем не менее, исследование этого вопроса продолжается.


    Представители Мегафона и МТС подтвердили, что, вероятно, функция SMS в режиме NB-IoT станет доступна в их сетях в будущем.


    P.S. Статья не претендует на абсолютную истину и может содержать неточности. Если вы заметили неточности, хотите поделиться инсайдерской информацией или просто высказать своё мнение – добро пожаловать в комментарии!


    Продолжение: NB-IoT, Narrow Band Internet of Things. Режимы энергосбережения и команды управления.

    Поделиться публикацией

    Комментарии 11

      0
      Можно поподробней как Вы тестировали? Вы смогли подключить тариф для NB-IoT?
        0
        Добрый день. Тестировали так: договаривались с оператором, приходили к нему в офис, нам давали специальную симку и включали БС в офисе в режиме NB-IoT.
        Потом операторы стали давать разработчикам тестовые симки и включать БС в NB-IoT рядом с офисами/лабораториями, чтобы разработчики могли тестировать у себя.
        А сейчас, похоже, МТС уже подключает на коммерческой основе. Обещают оформить.
        Как получу коммерческую SIM NB-IoT — могу отписаться.
          0
          Как получу коммерческую SIM NB-IoT

          Это только для юридических лиц получается можно оформить?
            0
            Насколько понимаю, сейчас — только для юрлиц. Подозреваю, что физическим лицам симки тоже будут доступны, но позже. Если законодатели каких-нибудь очередных ограничений не введут)
            0
            Получили коммерческую SIM-карту NB-IoT, теперь тесты — не только в лаборатории!
            image
            image
              0
              А сама симка — в устройстве, тестируются длительные периоды PSM…
          0
          При перемещении в другую соту устройству NB-IoT придется снова регистрироваться в сети.

          Поддерживается cell reselection в idle mode. Заново регистрироваться не нужно.
            0
            Спасибо, это и правда важное замечание! Я имел ввиду перемещение в другую Tracking Area, но почему-то написал про соту) Но ни в коем случае не утверждаю, что эта оговорка делает данную фразу корректной. Надеюсь на комментарии спецов.
            Со временем я подкорректирую статью.
            Думаю, если бы кто-нибудь разжевал здесь особенности поведения устройства NB-IoT при перемещении в сети, многим это было бы интересно и многим бы помогло!
              0
              Вообще устройства NB-IOT не предназначены для mobility, так сказать, by design и вряд ли когда-либо будут. Включая mobility, 3GPP стандарт 36.331 (Sec 4.1) предусматривает еще кучу ограничений для NB-IOT, как то (выбрал самые интересные):
              — Connected mode mobility (Handover and measurement reporting);
              — Inter-RAT cell reselection or inter-RAT mobility in connected mode;
              — E-UTRA connected to 5GC;
              — RRC_INACTIVE;
              — Carrier Aggregation (CA);
              — Dual connectivity (DC) and E-UTRA NR Dual Connectivity (EN-DC);
              — GBR (QoS);
              — Self-configuration and self-optimization;
              — Measurement logging and reporting for network performance optimization;
              — Broadcast of positioning assistance data;
              — Real time services (including emergency call);
              — CS services and CS fallback;

              В целом это очень простые устройства в которых все подчинено снижению стоимости и энергопотребления. Мы тестировали NB-IOT в лабораторных условиях с Qualcomm MDM9206 prototype чтобы проверить работу Data over NAS (DoNAS), работоспособность S11-U интерфейса, а также Non-IP Data Delivery (NIDD).
              Следует упомянуть, что для функционирования NB-IOT устройств все узлы сети (enb, MME, SGW, PGW, HSS) должны поддерживать этот функционал. Скорость передачи данных по документам до 180kbps, но на вскидку (специально не меряли) как у модема из 90-х годов (даром только не пищит так же как модем :)).
                0
                Спасибо.
                У нас разработчики поделились такой относительной оценкой скорости Cat NB1: «Если в модеме GPRS типовая операция обмена с удаленным сервером занимала около 2-х секунд, то в случае Cat NB1 она выполняется за 3-10 секунд».
            0
            Вариантов перемещения получается много.
            Хорошо бы послушать технарей сотовых операторов.

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое