NB-IoT-технология в России. Оборудование. Инфраструктура. Реализация
Прослушать текстКак NB-IoT пришел в Россию
В июне 2016 года консорциум 3GPP, разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии, принял стандарт мобильной связи NB-IoT. Этот стандарт из семейства LPWAN изначально создавался с прицелом на длительную автономную работу устройств в мобильных сетях и низкие скорости передачи данных. Чем меньше устройство работает на прием/передачу данных, тем дольше оно проработает от одной батарейки. Основой для нового стандарта связи стали существующие мобильные технологии.
В декабре 2017 года на заседании Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) были определены полосы, доступные для использования радиоэлектронными средствами (РЭС) стандарта LTE и последующими его модификациями в режиме NB-IoT. С этого момента пошёл отсчёт истории стандарта NB-IoT в России.
Таблица 1. Частоты для NB-IoT в России, утвержденные ГКРЧ
| Частота | Band | Тип дуплекса | Разнос частот |
Мощность передатчика абонента, дБ |
Мощность передатчика базовой станции, дБ |
|
453–457,4 МГц 463–467,4 МГц |
B31 U/D | FDD |
300 кГц 200 кГц по согласованию |
23 | 44 |
|
791–820 МГц 832–862 МГц |
B5 | > 41 | |||
|
880–915 МГц 925–960 МГц |
B8 D/U | 43 | |||
|
1710–1785 МГц 1805–1880 МГц |
B3 U/D | 43 | |||
|
1920–1980 МГц 2110–2170 МГц |
B1 U/D | 41 | |||
|
2500–2570 МГц 2620–2690 МГц |
B7 U/D | 41 |
Сейчас с NB-IoT могут работать операторы мобильной связи, владеющие лицензией в указанных диапазонах.
Автономность, ёмкость и другие преимущества NB-IoT
У NB-IoT, по сравнению с другими сотовыми стандартами, несколько весомых преимуществ:
- Большой радиус действия и ёмкость сети. Базовая станция NB-IoT может обслуживать до 50 000 устройств, а это 1500 на каждый км².
- Используется низкая частота. Это обеспечивает более качественное проникновение сигнала.
- Продолжительное время работы. Время автономной работы устройства от одной батарейки без замены может достигать 10 лет.
- Низкий расход энергии. Устройства NB-IoT передают очень малые объемы данных. К примеру, один счетчик за год может сгенерировать и отправить в заданные интервалы времени (например, 1 раз в месяц) всего 1 МБ данных. Остальное время устройство будет «спать».
- Стандарт занимает 200 кГц спектра. Сеть может быть развернута:
- внутри основной полосы благодаря свободным ресурсным блокам LTE
- вне основной полосы, между соседними несущими LTE или в свободном участке спектра GSM. Операторы таким образом получают возможность использовать как можно больше функций уже имеющихся в LTE - Технология активно развивается. В скором времени ожидается публикация 3GPP второго релиза NB-IoT (Rel.14). Сейчас используется Rel.13. А в разработке находится уже 17 релиз. В связи с этим постепенно появляются и NB-IoT-модули, работающие с новыми спецификациями.
Модули для NB-IoT в России
Компания Gemalto (входит в группу Thales) – лидирующий производитель модулей сотовой связи с 1996 года. Выпустила первый в мире GSM-модем Cinterion, первый в мире модуль с поддержкой LTE Cat. 1. На сегодняшний день более 100 000 000 модулей Cinterion работает в различных устройствах интернета вещей. Основной вектор развития компании лежит в сетях LTE. В основе разработки новых продуктов компания придерживается двух принципов:
- разработка модулей с высокой передачей данных. В портфеле компании есть модули LTE Cat. 6 и Cat. 16 с поддержкой скорости до 300 Мбит/с и до 1 Гбит/с соответственно
- разработка низкоскоростных, но энергоэффективных модулей для интернета вещей с поддержкой LTE Cat. 1, LTE Cat. NB1, LTE Cat. NB2, LTE Cat. M1 и LTE Cat. M2.
Именно эти модули и будут представлены ниже.
Серийный модуль ENS22-E
ENS22 полностью совместим с 2G-3G-LTE-модулями Gemalto, это даёт возможность производителю переходить на другие технологии без принципиального изменения платы с сохранением технологического процесса. Модуль оснащён всеми необходимыми интерфейсами: GPIO, UART, I²C, SPI.
Cinterion ENS22 отличается наличием усовершенствованной системы управления питанием, что значительно повышает его энергоэффективность и делает идеальным для решений с батарейным питанием (продолжительность работы на одной батарее – до 10-15 лет). В режиме PSM (Power Saving Mode, PSM – режим работы устройства сотовой связи, аналогичный отключению питания, при котором устройство остается зарегистрированным в сети) модуль потребляет всего 3 микроАмпера.
Отличительные особенности
- Incremental FOTA - частичное обновление программного обеспечения через специализированный сервер по воздуху). DFOTA вносит только необходимые изменения без необходимости смены встроенного ПО полностью, это сокращает потребляемый трафик, экономит заряд батареи и ускорят сам процесс обновления
- использование новейшего чипсета Hi-Silicon
- специальные расширенные режимы энергосбережения:
- PSM (Power Saving Mode),
- eDRX (Extended DRX) - расширенный режим прерывистого приёма (мониторинг сети на предмет поиска сообщений пейджинга - возможность установки внутри модуля СИМ-чипа с поддержкой удаленной загрузки профиля оператора
- поддержка протоколов LightWeight M2M
- встроенный IP стек.
Таблица 2. Технические характеристики NB-IoT-модуля ENS22-E
| Частотный диапазон, МГц |
LTE Cat. NB1 (HD-FDD) 3GPP Release 13/14: B3 (1800 МГц), B5 (850 МГц), B8 (900 МГц), B20 (800 МГц), B28 (700 МГц) |
| Управление |
AT команды (3GPP 27.007 & 27.005) Cinterion® AT команды |
| Скорость передачи данных | DL/UL до 27 кбит/с/63 кбит/с |
| IP-сервисы | UDP, DTLS, CoAP, non-IP, Ping, IPv4, IPv6, TCP |
| Интерфейсы |
Площадка для LTE-антенны 13 GPIO 2 UART ADC UICC/U-SIM интерфейс 1.8V/3V SPI I²C |
| Питание, В | 3,1...4,2 |
| Диапазон рабочих температур | -40°C...+85°C |
| Размеры, мм | 27.6 x 18.8 x 2.7 |
Модуль работает с различными облачными платформами и используется в решениях, где требуется передавать только данные. К таким сценариям использования относятся: ЖКХ (счетчики), системы умного города (уличное освещение, парковки).
EXS62/EXS82
Это модули, выполненные на базе современного чипсета Qualcomm, имеют такой же форм-факт, что и у ENS22 (NB-IoT), BGS2 (2G), ENS5 (3G).
Основной отличительной особенностью этих модулей является поддержка нескольких технологий связи: LTE Cat. M1, Cat. NB1, Cat. NB2, 2G (EXS82). Пока сети NB-IoT в России не развёрнуты на полную силу, переход на 2G является очень актуальной опцией.
Оба модуля также, как и ENS22, поддерживают режимы энергопотребления PSM и eDRX, что позволяет увеличить работу устройств от одной батареи до 10 лет. Помимо этого, модули оснащены встроенной ГНСС-функцией (поддержка GPS/BeiDou/Galileo/ГЛОНАСС), что позволяет сразу реализовывать решения, где требуется навигация и определение местоположения. EXS62/EXS82 поддерживают все современные протоколы шифрования, это обеспечивает безопасную передачу данных и имеют встроенное защищённое хранилище ключей шифрования. Так же, как и ENS22 модули EXS82/62 поддерживают современные протоколы интернета вещей LightWeight M2M и обновление прошивки по частям (iFOTA).
EXS62/EXS82 предназначены для работы в компактных устройствах с батарейным питанием, например, умные счетчики, устройства мониторинга, датчики влажности, температуры, состава воздуха и почвы, датчики парковки, освещения, медицинская электроника, маяки, автомобильные закладки, и т.д.
Таблица 3. Технические характеристики NB-IoT-модулей EXS62/EXS82
| Частотный диапазон, МГц |
GSM: 850/900/1800/1900 LTE Cat. M1: 600 (Bd71), 700 (Bd12, Bd13, Bd14, Bd28, Bd85), 800 (Bd18, Bd19, Bd20, Bd26, Bd27), 850 (Bd5), 900 (Bd8), 1700 (Bd66), AWS (Bd4), 1800 (Bd3), 1900 (Bd2, Bd25), 2100 (Bd1) LTE Cat. NB1/NB2: 600 (Bd71), 700 (Bd12, Bd13, Bd17, Bd28, Bd85), 800 (Bd18, Bd19, Bd20, Bd26), 850 (Bd5), 900 (Bd8), 1700 (Bd66), AWS (Bd4), 1800 (Bd3), 1900 (Bd2, Bd25), 2100 (Bd1) |
| Скорость передачи данных |
LTE Cat.M1 DL: до 300 кбит/с, UL: до 350 кбит/с LTE Cat.NB1 DL: до 27 кбит/с, UL: до 63 кбит/с |
| ГНСС | GPS/BeiDou/Galileo/ГЛОНАСС |
| Интерфейсы |
SMT-LGA 114 площадок Последовательный интерфейс 2 SIM-карты LTE-антенна ГНСС-антенна |
| Обновление | по интерфейсу/OTA/incremental FOTA |
| Питание, В |
LTE и GSM: 3.0…4.5 LTE (GSM выкл.): 2.5…4.8 |
| Диапазон рабочих температур | -40°C…+85°C |
| Размеры, мм | 27,6 x 18,8 x 2,17 |
| Вес, г | 3,5 |
Помимо этих модулей, компания Gemalto/Thales анонсировала скорый выход модулей сверхминиатюрного форм-фактора: 16 х 16 мм.
Gemalto является мировым лидером по защите и обеспечению безопасности данных, поэтому стоит подробнее остановиться о тех мерах защиты, которые применяются в модулях Thales/Gemalto:
- встроенные протоколы шифрования TLS и DTLS позволяют работать с облачными платформами
- Jamming Detection – функция определения глушения сигнала
- защита прошивки благодаря:
- зашифрованному файлу образа прошивки
- защищённая загрузка
- защищённое обновление FOTA - поддержка сервисов от Gemalto:
- хранение ключей шифрования
- обновление ключей шифрования непосредственно на модуле - возможность хранения сертификатов для облачной интеграции
- возможность использования сим-чипа в качестве защищённого хранилища данных.
Линейка IoT-модулей Gemalto:
Начиная с 2011 года, компания Gemalto выпускает модули в едином стандартном форма-факторе, тем самым разработчики и производители могут, сохраняя размер платы, переходить с одной технологии на другую. С 2020 года в линейку вводится новый форм-фактор 16х16 мм и уже существует концепт модуля 16х16 с поддержкой «только NB-IoT».
Компания «ЕвроМобайл» как официальный дистрибьютор Gemalto/Thales в России и странах СНГ осуществляет техническую поддержку на всех этапах разработки продукта, подбирает решение под любую задачу, оказывает помощь в схемотехнике, проводит обучающие вебинары по продукции Gemalto. Для тестирования модулей доступны для заказа платы разработчика.
Как NB-IoT внедряется в России
В России используется два сценария развертывания NB-IoT:
- Внутри LTE (есть внутри 900 МГц)
- Guard Band.
Самый распространенный спектр – Guard Band. С края своего спектра операторы выставляют несущую частоту для NB-IoT модулей. Это значит, что для NB-IoT выделяется 200 кГц. Российские операторы активно разворачивают сети NB-IoT. Но не все из них запустили коммерческие сервисы.
Таблица 4. Тарифы некоторых операторов на мобильный интернет для устройств NB-IoT| Оператор | Объём/цена/время | Описание |
| Tele2 | Тарифов нет | Анонс: ноябрь, 2018 |
| МегаФон | От 20 руб 15 МБ | Запуск в эксплуатацию: 1.03.2019 |
| МТС | От 1 МБ/150 руб/365 дней | Уже почти полное покрытие |
| Билайн | 5/10/20/50/100 МБ |
Jasper/тестовая эксплуатация |
Примечательно, что большинству оборудования NB-IoT достаточно 12 мегабайт на год. К примеру, у МТС максимально достижимая скорость передачи в исходящем направлении не более 159 Кбит/с, что более чем достаточно для данного стандарта.
Недавно оператор МТС представил платформу для работы с IoT-оборудованием. SaaS-решение «IoT.Платформа» обеспечивает:
- онлайн-доступ к IoT-устройствам
- автоматический сбор данных с датчиков
- оповещения об аварийных ситуациях.
В платформу интегрировано более 10 тысяч моделей устройств. Емкость платформы рассчитана на одновременное подключение более 1 миллиона устройств с последующим горизонтальным расширением емкости.
Взаимодействие с устройствами происходит по протоколам MQTT и LWM2M. Если ваши устройства поддерживают другие протоколы, они могут быть добавлены сотовым оператором с помощью адаптера протоколов, который разрабатывается индивидуально для каждого типа устройств.
|
MQTT v.3.1.1 |
LWM2M (CoAP) |
|
|
Транспортный протокол |
TCP |
UDP |
|
Шифрование |
TLS |
DTLS |
|
Тип подключения |
2G/3G/LTE/ |
NB-IoT |
|
Назначение |
Для устройств, работающих от постоянного источника питания |
Для устройств, работающих от батарейки |
NB-IoT сулят быстрый прирост
Уже к 2025 году объем рынка решений NB-IoT достигнет $6 млрд к 2025 году, полагают аналитики Grand View Research. NB-IoT идеально подходит для мониторинга активов, персонала, сервисов умного города, что и обусловит востребованность технологии в этих сегментах.
Недавно Андрей Колесников, директор Ассоциации интернета вещей, на Пиринговом форуме озвучил цифры по рынку IoT в России по итогам 2019 г.: «В целом рынок IoT вырос на 9%, хотя прогноз нашей ассоциации был 14-15%. Мы делали прогнозы, ориентируясь на доступность технологий. А делать их надо на основе экономической ситуации. Невысокий рост обусловлен проблемами не с технологией, а в целом с экономикой. Впереди, как всегда, транспорт и логистика - 12% роста, - достаточно уверенно. Хорошо идут транспорт, логистика, маркировка (ЦРПТ, «Честный знак») и прослеживаемость. Потихоньку идут энергетика, ЖКХ, муниципальные услуги - IoT там внедряется, но не быстро, потому что это тяжелая, вязкая среда для ведения бизнеса. Со скрипом - добывающая промышленность и переработка. Мы надеялись, что промышленный интернет вещей - бери, да делай, - нет, медленно идет все. Цикл продаж, внедрения простого продукта там - от восьми месяцев. Совсем не идет медицина и ритейл. В медицине, с точки зрения законодательного регулирования, сейчас много делается. Это правильно, но с точки зрения доступных приложений, чтобы доктор за нами следил, - пока этого нет. Ритейл выстроил всю логистику, она работает прекрасно, как часы, - доставка, склады. А с точки зрения в магазине - там ничего нет».
Обсудить
Назад
