IoTアーキテクト向けのNB-IoTアーキテクチャの内訳

狭帯域IoT（NB-IoT）を利用してモノのインターネットデータ収集デバイスを展開することを考えていますか？設計者とエンジニアがNB-IoTアーキテクチャについて知っておく必要があることは、機能するだけでなく、顧客に付加価値をもたらす製品を作成するためです。

LTE-Mと比較したNB-IoTアーキテクチャ

おそらくすでにお気づきかもしれませんが、NB-IoTの議論には、通常、LTE-Mについての言及が含まれています。どちらも、IoTアプリケーション用に開発されたセルラー低電力広域（LPWA）テクノロジーです。どちらも地理的に異なる場所で勢いを増しています。 （製品にNB-IoTを利用したい場合は、潜在的な障害を考慮に入れてください。）NB-IoTデバイスの構造についての説明では、コンテキストとしてLTE-Mを参照する場合があります。 NB-IoTアーキテクチャはLTE-Mのアーキテクチャと非常に似ているためです。

NB-IoTとLTE-Mの主な違いは次のとおりです。NB-IoTはより狭い帯域幅チャネル（200kHz対1.4MHz）を必要とし、デバイスはLTEガードバンド（LTEガードバンドを含む非従来型バンド）に展開できます。現在、メインのLTEバンドに隣接するものやIoT固有のバンドは使用されていません。多くのNB-IoT展開は、セル会社がその未使用のスペクトルを収益化するための優れた方法であるため、ガードバンドに入れられています。 NB-IoTデバイスは、規制当局が承認した場合、利用可能なスペクトルを使用してスタンドアロンバンドに展開することも、LTEスペクトル割り当て内に展開することもできます。以前の投稿で他の違いについて説明しました。

これにより、セルラー事業者やその他のネットワークプロバイダーがNB-IoTネットワークを実装するための大きな柔軟性が得られますが、ローミングに関係するデバイス設計者にとっては重大な問題が発生します。人々はローミングという用語を使用します 意味は異なりますが、この記事では、「ホームネットワークの地理的範囲外に移動するときにデータを送受信する」機能を意味します。ローミングはNB-IoTの長期ロードマップにありますが、NB-IoT標準の柔軟性と、NB-IoTネットワークにアクセスする可能性のある制約のあるデバイスの制限により、この時点でローミングはほぼ不可能になっています。すべての実用的な目的のために、書く。したがって、NB-IoTデバイスは最初から特定の帯域を使用するように構成する必要があるため、さまざまなネットワークで使用できるデバイスを構築することは、実際にはLTE-MよりもNBではるかに困難です（つまり、それ自体は小さな偉業ではありません）。現在、実行時にサポートするバンドを選択できるモジュールはありません。そのため、基本的に、製造時に目的のバンドを選択することに固執しています。これにより運用効率が若干低下する可能性がありますが、実際には、デバイスが同じように見えてもSKUが異なるため、デバイスを構築するときにデバイスをどこで使用するかを正確に知る必要があります。

この問題はすべての（またはほとんどの）アプリケーションに当てはまるわけではありませんが、強調する価値はあります。 NB-IoTを使用する可能性が最も高いアプリケーションは、水道やガスのメーター、固定された場所にあるセンサーなどです。静的資産は、1日1回10年間通信するセンサーを持つように設計されています。それだけです。ほとんどすべての場合、そのデバイスが配置される場所がわかっており、その場所を変更する予定はありません。 （ある程度、これはLTE-Mの問題でもありますが、NB-IoTでは増幅されます。）

NB-IoTアーキテクチャの重要な部分

NB-IoTアーキテクチャはLTE-Mのアーキテクチャと似ています。同じビルディングブロックは次のとおりです。

アンテナ

ほとんどの場合、携帯電話会社と協力してデバイスを展開します。会社はLTEバンド内またはそれに隣接して展開するため、そのバンドで機能するアンテナを使用する必要があります。

アンテナは特定の周波数用に設計されています。 すべてをサポートするアンテナを常に1つだけ持つことはできません。 可能性のあるNB-IoTバンドがありますが、すべての主要なアンテナをサポートするマルチバンドアンテナがあります。ただし、これらのアンテナの料金は、ほとんどのNB-IoTアプリケーションにとって重要な金額とサイズで支払うことになります。 NB-IoTネットワークが標準のGSMまたはLTE帯域内にある場合は、通常のアンテナを使用できますが、非従来型の帯域の場合は、レーダーを維持する必要があります。 （使用する必要のある帯域は、お住まいの国の規制構造、携帯電話会社またはネットワークプロバイダーが所有するスペクトル資産、NB-IoTの展開方法などの要素の組み合わせによって決まります。 LTE-Mの場合、通常、携帯電話事業者は既存のLTEリソースブロックを使用しますが、NB-IoTの場合、ネットワーク事業者は、従来の携帯電話帯域の割り当てから外れる、所有するライセンススペクトルにネットワークを配置する場合があります。）

NB-IoTモデム（またはモジュール）

次に、モデム（モジュールとも呼ばれます）を選択します。 NB-IoTチップセットは通常、モジュールに組み込まれており、製品に設計します。

選択するモジュールは、PTCRB（北米での運用用）またはGCF（グローバル使用用のグローバル認証フォーラム）によって認証されている必要があります。理想的には、AT＆TやVerizonなどの携帯電話会社または通信事業者によっても認証されている必要があります。これにより、認証の負担が軽減されます。たとえば、Gemalto、u-blox、またはSierraのモジュールを使用している場合は、キャリア認定を自分で取得する必要があります。対照的に、Link Labsが販売するような事前に認定されたプラットフォームは、展開プロセスを大幅に簡素化します。 （基本的にはLTE-Mデバイスと同じですが、ファームウェアが異なり、内部ハードウェア構成がわずかに異なるため、お客様に影響はありません。）

ホスト

ホストは、文字通りホストするデバイスボードです。 あなたの申請。アプリケーションを実行するのはマイクロコントローラーまたはマイクロプロセッサーであり、さまざまなセンサーなどのすべての周辺機器へのインターフェースもあります。また、モジュール、この場合はハードウェアプラットフォームも制御します。

ホストは他の何よりも考慮することが重要です（実際には顧客があなたに支払っているものなので、おそらくもっと重要です）。アプリケーションの消費電力を制御する必要があるため、低電力ホストアプリケーションの設計は、どの無線機の低電力機能と同じくらい重要です。私たちのプラットフォームは、低電力モードの周りの難しい設定の多くを抽象化することにより、無線部分との対話を容易にします。私たちのプラットフォームはデフォルトで低電力です。無線を低電力にするためにホスト側で行う追加の作業はほとんどありません。 u-bloxやSierraなどの従来のモジュールを使用する場合は、ATコマンドを使用して無線の電力管理にさらに多くの作業を行う必要があります。

セルラーネットワーク

IoTデバイスはごく一部のデータしか送信しないため、通常、非IPベースのデバイス通信プロトコルを使用することをお勧めします。これは、ほとんどのモデムがセルラーネットワークと対話する方法とは異なり、標準のTCP / IPを介して行われます。 （TCP / IPをNB-IoTで使用することもできますが、大量のデータオーバーヘッドを支払うことになります。これは、NB-IoTの設計とは少し異なります。）

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したがって、2つの選択肢があります。従来のTCP / IPを使用してオーバーヘッドを支払うか、これらの追加レイヤーをすべて取り除く別の通信プロトコルを設計します。オプション2の場合、通常、セルネットワーク内の独自のプライベートネットワークルーティングと、LinkLabsが提供するものと同様のこの代替プロトコルをサポートする独自のデバイス管理サーバーが必要になります。独自のプライベートAPNおよびVPN（仮想プライベートネットワーク）により、非TCP / IP通信を使用して、トラフィックを希望どおりにルーティングできます。この要素は、NB-IoTに推奨されるアーキテクチャの大きな部分です。

IoTプロジェクトについて正直なアドバイスが必要ですか？

私たちに話してください。 NB-IoT、LTE-Mを使用している場合でも、他のLPWAオプションを検討している場合でも、デバイスを実現するための専門知識とテクノロジーがあります。今すぐ導入する準備ができている場合は、LTE Cat-M1の事前認定済みハードウェアプラットフォームについてお問い合わせください。これにより、デバイスの市場投入までの時間が短縮される可能性があります。また、NB-IoTデバイスの設計と構築を容易にする同じハードウェア設計に基づいたNB-IoTプラットフォームもまもなく利用可能になります。

IoTデバイスを地面から離すのは、単にチップを購入するよりも複雑ですが、詳細に行き詰まる理由はありません。プロジェクトについて教えてください。機能するソリューションの設計をお手伝いします。