آشنایی با پروتکل‌های LPWAN: شبکه NB-IoT

شبکه NB-IoT یک فناوری دوربرد توان پایین (LPWAN) است که توسط سازمان استانداردسازی ۳GPP و بطور ویژه برای راهکارهای اینترنت اشیا (IoT) توسعه داده شده است. NB-IoT که شاید بتوان آن را تازه‌واردترین فناوری LPWAN دانست، پس از ارایه شبکه‌های لورا (LoRaWAN) و سیگفاکس (SigFox) عرضه شد و هدف از آن ارایه پروتکلی بود که بتواند توسط اپراتورهای موبایل و در باندهای فرکانسی مجوزدار استفاده شود.

معماری فنی شبکه NB-IoT

همان‌طور که در مقدمه نیز اشاره شد، شبکه NB-IoT (NarowBand-IoT) یک فناوری دوربرد توان پایین ویژه راهکارهای IoT است. این فناوری نسبت به LTE-M که پیش‌تر و برای ارتباطات ماشین-با-ماشین (M2M) توسط ۳GPP ارایه شده بود، توان مصرفی پایین‌تر، هزینه کمتر و ناحیه پوشش وسیع‌تر را که از ویژگی‌های مشترک شبکه‌های LPWAN است مورد تمرکز قرار داده است. در سوی دیگر اما نرخ داده این شبکه نسبت به سایر فناوری‌های ۳GPP پایین‌تر است.

اگرچه شبکه NB-IoT به نوعی بر پایه شبکه‌های LTE توسعه یافته است، اما در لایه فیزیکی مبتنی بر مدولاسیون DSSS با پهنای باند فرکانسی ۲۰۰ کیلوهرتز است. این مدولاسیون نسبت به مدولاسیون OFDMA که در LTE بکارگرفته شده است مصرف توان کمتری دارد.

همان‌طور که در تصویر مشاهده می‌شود، کانال فرکانسی به NB-IoT می‌تواند به سه صورت تخصیص یابد:
– در میانه باند کانال با فرکانس ۱۸۰ کیلوهرتز  (In band) 
– در باندهای محافظ شبکه (LTE guard badnd)
– و بصورت باند مستقل ۲۰۰ کیلوهرتز (standalon)

مزیت‌های شبکه NB-IoT نسبت به شبکه‌های موبایل که پیش‌تر توسط ۳GPP ارایه شده بودند عبارتند از:

• شبکه NB-IoT توان مصرفی بسیار کمتری در زمان عملکرد دارد. البته باید توجه داشت که همه تراشه‌های فناوری NB-IoT توان مصرفی یکسان ندارند.
• انتظار می‌رود هزینه اولیه ماژول‌های شبکه NB-IoT قابل مقایسه با GSM/GPRS باشد. با این حال این فناوری بسیار ساده‌تر از GSM/GPRS است و با افزایش تقاضا، احتمالا هزینه آن نیز کاهش یابد.
• فناوری شبکه NB-IoT می‌تواند عمق نفوذ بیشتری نسبت به LTE-M فراهم کند، البته در مقابل نرخ انتقال داده آن نیز کمتر است.

مدل توسعه شبکه NB-IoT

اگر بخواهیم نگاهی به تاریخچه توسعه شبکه NB-IoT بیندازیم، به منظور پاسخ به نیازهای مربوط به اینترنت اشیاء، موسسه استاندارد گذاری ۳GPP در سال ۲۰۱۴ و نسخه ۱۳ خود، گام‌های اولیه در توسعه استاندارد هر دو سمت شبکه و دستگاه‌های انتهایی را آغاز کرد. ورود به این عرصه با توجه به کاربردهای متنوع، وضعیت بازار و طیف فرکانسی در دسترس، و همچنین ارایه برخی فناوری‌های رقیب شروع شد. این فرآیند بطور خاص با حمایت شرکت هواوی (Huawei) که در زمینه توسعه سخت‌افزارهای شبکه موبایل فعالیت دارد شکل گرفت.

خروجی این فرآیند ارایه استانداردهایی از جمله EC-GSM، LTE-M و نهایتا NB-IoT است که در اواسط سال ۲۰۱۷ نهایی و عرضه شد. LTE-M با پشتیبانی از ملزومات مورد نیاز Cat 1، Cat 0 و Cat M برای کاربردهایی که محتوای بیشتری در آن‌ها ارسال می‌شود، مناسب است. در مقابل NB-IoT با تمرکز بر کاربردهای شبکه‌های LPWAN و پایین‌آوردن توان مصرفی و هزینه‌ها ارایه شده است. برای نمونه در کاربردهای سنجش آب که نیاز به ناحیه پوشش وسیع و هزینه پایین دارد فناوری شبکه NB-IoT نسبت به LTE-M مناسب‌تر خواهد بود.

با توجه به اینکه شبکه NB-IoT بر پایه شبکه‌های سلولی موبایل و در باندهای مجوزدار شکل گرفته است، مدل توسعه آن نیز کاملا مشابه شبکه‌های ارتباطی موبایل و مبتنی بر اپراتورهاست. از این رو امکان راه‌اندازی شبکه‌های خصوصی (Private Networks) مبتنی بر این فناوری وجود ندارد و توسعه این شبکه در هر منطقه، نیازمند تصمیم اپراتورهای محلی برای بروزرسانی سایت‌های موبایل است.

همچنین با توجه به اینکه این پروتکل با تاخیر قابل توجهی نسبت به دو رقیب اصلی خود در حوزه LPWAN ارایه شده است، در فرآیند تجاری‌سازی نیز فاصله زیادی با این دو دارد. هم‌اکنون (پاییز سال ۲۰۱۸)، تعداد تجهیزات مبتنی بر این شبکه نسبت به دو فناوری لورا و سیگفاکس بسیار محدودتر و هزینه آن‌ها تا حدود ۵۰ درصد گران‌تر است.

با وجود این پیش‌بینی ‌می‌شود این شبکه نیز با توجه به حمایت برخی اپراتورهای موبایل بتواند در کاربردهایی هم‌چون ردیابی تجهیزات و … سهمی از بازار را به خود اختصاص دهد.

سری مطالب آشنایی با شبکه‌های LPWAN

_ شبکه‌های LPWAN (دوربرد با توان پایین) و IoT
_ آشنایی با پروتکل‌های LPWAN: شبکه لورا (LoRaWAN)
_ آشنایی با پروتکل‌های LPWAN: شبکه سیگفاکس (SigFox)

برخی منابع مورد استفاده

www.link-labs.com/Overview Of Narrowband IoT
www.gsma.com/Narrow Band Internet of Things NB-IoT