Un desglose de la arquitectura NB-IoT para arquitectos de IoT

¿Está pensando en utilizar Narrowband IoT (NB-IoT) para implementar su dispositivo de recopilación de datos de Internet de las cosas? Esto es lo que los diseñadores e ingenieros deben saber sobre la arquitectura NB-IoT para crear un producto que no solo funcione, sino que también agregue valor para el cliente.

Arquitectura NB-IoT en comparación con LTE-M

Como probablemente ya haya notado, cualquier discusión sobre NB-IoT generalmente incluye alguna mención de LTE-M. Ambas son tecnologías celulares de área amplia y baja potencia (LPWA) desarrolladas para aplicaciones de IoT; ambos están ganando terreno en diferentes lugares geográficos. (Si espera utilizar NB-IoT para su producto, asegúrese de haber tenido en cuenta los posibles obstáculos). La discusión sobre cómo estructurar su dispositivo NB-IoT a veces se refiere a LTE-M por contexto, en parte porque la arquitectura NB-IoT es muy similar a la de LTE-M.

La principal diferencia entre NB-IoT y LTE-M es la siguiente:NB-IoT requiere un canal de ancho de banda más estrecho (200 kHz frente a 1,4 MHz), y los dispositivos se pueden implementar en bandas no tradicionales, incluidas las bandas de protección LTE (las bandas que no se utilizan actualmente que son adyacentes a las principales bandas LTE), así como bandas específicas de IoT. Muchas implementaciones de NB-IoT se están colocando en bandas de protección porque es una buena forma para que las empresas de celulares moneticen ese espectro no utilizado. Los dispositivos NB-IoT también se pueden implementar en bandas independientes utilizando cualquier espectro disponible, siempre que los reguladores lo aprueben o dentro de la asignación de espectro LTE. Hemos hablado de otras diferencias en una publicación anterior.

Si bien esto proporciona una flexibilidad masiva para los operadores celulares y otros proveedores de redes para implementar una red NB-IoT, plantea algunos problemas importantes para un diseñador de dispositivos que tienen que ver con el roaming. La gente usa el término itinerancia significa cosas diferentes, pero a los efectos de este artículo, significa la capacidad de "enviar y recibir datos ... cuando se viaja fuera del área de cobertura geográfica de su red doméstica". El roaming está en la hoja de ruta a largo plazo para NB-IoT, pero la flexibilidad del estándar NB-IoT, combinada con las limitaciones del dispositivo restringido que probablemente esté accediendo a una red NB-IoT, hacen que el roaming sea casi imposible en el momento de esto. escritura, a todos los efectos prácticos. Por lo tanto, construir un dispositivo que se pueda usar en diferentes redes es en realidad mucho más difícil con NB que con LTE-M (lo cual, en sí mismo, no es poca cosa), porque los dispositivos NB-IoT deben configurarse para usar bandas específicas desde el principio. Actualmente no hay ningún módulo disponible que le permita elegir qué banda admite en el tiempo de ejecución, por lo que básicamente está atascado seleccionando las bandas deseadas en la fabricación. Si bien esto puede proporcionar algunas eficiencias operativas menores, en la práctica tendrá diferentes SKU incluso si los dispositivos tienen el mismo aspecto, y tendrá que saber dónde exactamente usará el dispositivo cuando lo esté construyendo.

Este problema no se aplica a todas (o incluso a la mayoría) de las aplicaciones, pero definitivamente vale la pena destacarlo. Las aplicaciones que probablemente usarían NB-IoT son cosas como medidores de agua y gas, o sensores en una ubicación fija:activos estáticos que están diseñados para tener un sensor que habla una vez al día durante 10 años, y eso es todo. En casi todos esos casos, sabe dónde se colocará ese dispositivo y no tiene planes de cambiar su ubicación. (Hasta cierto punto, esto también es un problema para LTE-M, pero se amplifica en NB-IoT).

Partes esenciales de la arquitectura NB-IoT

La arquitectura NB-IoT es similar a la de LTE-M. Los bloques de construcción, que son los mismos, son los siguientes:

Antena

En la mayoría de los casos, trabajará con una empresa de telefonía móvil para implementar su dispositivo; la empresa lo implementará en una banda LTE o junto a ella, por lo que debe usar una antena que funcione para esa banda.

Las antenas están diseñadas para frecuencias específicas. No siempre puede tener una sola antena que admita todas las posibles bandas NB-IoT que existen, aunque hay antenas multibanda que admiten todas las principales. Sin embargo, pagará estas antenas en dólares y en tamaño, que son fundamentales para la mayoría de las aplicaciones NB-IoT. Si su red NB-IoT se encuentra dentro de una banda GSM o LTE estándar, puede usar una antena normal, pero para bandas no tradicionales, es algo que debe mantener en su radar. (La banda que tendrá que usar está determinada por una combinación de factores, incluida la estructura reguladora del país en el que se encuentra, los activos de espectro que posee la compañía celular o el proveedor de red y cómo eligen implementar NB-IoT. Para LTE-M, por lo general, un operador celular utilizará un bloque de recursos LTE existente. Pero para NB-IoT, los operadores de red pueden colocar la red en el espectro con licencia que poseen, lo que queda fuera de las asignaciones de banda celular tradicionales).

Módem (o módulo) NB-IoT

A continuación, elija un módem (también llamado módulo). El conjunto de chips NB-IoT generalmente está integrado en el módulo, que luego diseñaría en su producto.

El módulo que elija debe estar certificado por la PTCRB (para operar en América del Norte) o el GCF (Foro de certificación global para uso global). Idealmente, también debería estar certificado por una compañía de telefonía celular o un operador, como AT&T o Verizon, lo que reduce la carga de la certificación. Si está utilizando módulos de Gemalto, u-blox o Sierra, por ejemplo, deberá obtener la certificación de operador usted mismo. Por el contrario, una plataforma precertificada como Link Labs vende simplifica enormemente el proceso de implementación. (Básicamente es lo mismo que nuestro dispositivo LTE-M, pero con firmware diferente y una configuración de hardware interno ligeramente diferente que no afecta a nuestros clientes).

Anfitrión

El anfitrión es la placa del dispositivo que literalmente aloja su aplicación. Es el microcontrolador o microprocesador que ejecuta su aplicación, así como la interfaz a todos los periféricos, como diferentes sensores; también controla el módulo o, en nuestro caso, la plataforma de hardware.

Es tan importante considerar al anfitrión como cualquier otra cosa (probablemente más, ya que en realidad es por lo que sus clientes le pagan). Debe controlar el consumo de energía de su aplicación, por lo que un diseño de aplicación de host de bajo consumo es tan importante como las características de bajo consumo en cualquiera de las radios. Nuestra plataforma facilita la interacción con la parte de la radio al abstraer muchas de las configuraciones difíciles en torno a los modos de bajo consumo. Nuestra plataforma es de baja potencia de forma predeterminada; hay muy poco trabajo adicional que usted puede hacer en el lado del host para reducir la potencia de la radio. Si tuviera que usar un módulo tradicional, como u-blox o Sierra, tendría que trabajar mucho más en la administración de energía de la radio usando comandos AT.

Red móvil

Debido a que su dispositivo de IoT solo envía pequeños bits de datos, generalmente es mejor usar un protocolo de comunicación de dispositivo que no esté basado en IP, que es diferente a la forma en que la mayoría de los módems interactúan con una red celular, a través de TCP / IP estándar. (Podría usar TCP / IP con NB-IoT, pero estaría pagando una gran cantidad de datos, lo cual es un poco contrario a lo que NB-IoT fue diseñado).

NB-IoT no es la única opción para implementar su dispositivo IoT y puede que no sea la mejor. Descargue este documento técnico gratuito para obtener más información sobre qué tipo de red de área amplia de bajo consumo es adecuado para su caso de uso.

De modo que tiene dos opciones:utilizar TCP / IP tradicional y pagar los gastos generales, o diseñar un protocolo de comunicación independiente que elimine todas esas capas adicionales. Para la opción dos, normalmente necesitará su propio enrutamiento de red privada dentro de la red celular, así como su propio servidor de administración de dispositivos que admita este protocolo alternativo, similar al que ofrece Link Labs. Nuestro propio APN y VPN (red privada virtual) privados nos permite enrutar el tráfico de la manera que queramos, utilizando comunicación no TCP / IP. Este elemento es una gran parte de la arquitectura sugerida para NB-IoT.

¿Necesita un consejo honesto sobre su proyecto de IoT?

Háblanos. Contamos con la experiencia y la tecnología para ayudar a que su dispositivo funcione, ya sea que esté utilizando NB-IoT, LTE-M o esté considerando alguna otra opción LPWA. Si está listo para implementar ahora, pregúntenos acerca de nuestra plataforma de hardware precertificada LTE Cat-M1, que podría acelerar el tiempo de comercialización de su dispositivo. Pronto también tendremos disponible una plataforma NB-IoT basada en el mismo diseño de hardware que podría facilitar el diseño y la construcción de su dispositivo NB-IoT.

Hacer que su dispositivo IoT despegue es más complicado que simplemente comprar un chip, pero no hay razón para que se detenga por los detalles. Cuéntenos sobre su proyecto y lo ayudaremos a diseñar una solución que funcione.