Hannover Messe Industrie 2016
Serie Internet of Things

Narrowband IoT

18-dec-2017

Voor veel applicaties in het Internet of Things is de traditionele mobiele technologie niet efficiënt genoeg. Narrowband IoT wordt daarom ingevoerd als een standaard van de toekomst.

Narrowband IoT
Narrowband IoT(NB-IoT is niet zomaar weer een radiostandaard. Het is bedoeld om onvermijdelijke problemen op te lossen: 20 miljard, 30 miljard, 50 miljard - consultancy en marktbureaus stellen voortdurend hun inschattingen bij van de hoeveelheid apparaten die tegen 2020 onderling verbonden zullen zijn in het Internet of Things. Maar wat het aantal ook wordt, het is teveel voor de huidige netwerken.

Verschillende netwerken voor verschillende gebruikssituaties

De keuze van netwerken voor het Internet of Things (IoT) hangt af van de betreffende applicatie. Korte transmissiepaden, zoals in een intelligent huis, een supermarkt of fabriek, kunnen effectief verbonden worden met wifi en LAN of near field-technologieën zoals Bluetooth, NFC (near-field communication) of RFID (radio frequency identification). Voor langere afstanden is mobiele technologie nodig, vooral voor een verbinding met de cloud en voor toegang via mobiele apparaten zoals laptops, tablets en smartphones. 
Maar deze technologie heeft binnenkort z'n grens bereikt. De Internationale Telecommunicatie Unie (ITU) heeft berekend dat het aantal mobiele lijnen het aantal mensen op aarde heeft overtroffen. Aan de ene kant betekent dit een gestaag groeiende hoeveelheid data voor netwerken om te hanteren - en het mobiele spectrum is schaars en erg duur. Aan de andere kant betekent het ook een groeiend aantal abonnees per radiocel. Het Internet of Things maakt dit probleem nog groter door verbonden wearables, auto's en apparaten. Maar er gloort een oplossing aan de horizon: de nieuwe radiotechnologie Narrowband IoT (NB-IoT).

Voordelen van NB-IoT: massa en bereik

In de zomer van 2016 standaardiseerde de 3e Generatie Partnership Project (3GPP) NB-IoT. NB-IoT maakt het o.a. mogelijk tot 50,000 abonnees per radiocel te adresseren en werd specifiek ontwikkeld voor applicaties in het Internet of Things - intelligente meters, bijvoorbeeld. Eén omgeving waar traditionele mobiele verbindingen tegen hun grens lopen is de gas- en watermeter in de kelder. Daarvoor is een radiomodule nodig die diep binnenshuis kan doordringen en geen externe stroomverbinding nodig heeft. NB-IoT presteert 20 decibel hoger dan een GSM-verbinding (Global System for Mobile Communication); en de modules werken op batterijen.
Tegelijkertijd heeft NB-IoT een hoog bereik, waardoor het ideaal is voor het tracken van containers en goederen, het monitoren van tanks, windmolens, vee in de landbouwsector en voor het verbinden van straatlantaarns, geautomatiseerde ticketsystemen, vuilnisbakken en parkeerplaatsen.

Nog een pluspunt: lage kosten

Een bijkomend voordeel zijn de lage kosten. Veel van deze applicaties hebben kleine hoeveelheden data nodig met zeer lage datasnelheden van minder dan 100 bit/s of slechts een paar kbit/s en ze hebben geen permanente verbinding nodig. Daarnaast kan het netwerk ingezet worden in een spectrum van slechts 200 kHz, waardoor de kosten voor de datatransmissie erg laag zijn. De werking van de modules is ook zeer rendabel. Doordat er slechts kleine datapakketten met lange tussenpozen verzonden worden, heeft een NB-IoT-module een minimaal energieverbruik en kan het tot tien jaar werken commercieel verkrijgbare batterij zonder onderhoudskosten. De modules zelf zijn ook niet duur om te maken. Zo kunnen grote hoeveelheden apparaten kosteneffectief en op grote schaal verbonden worden.

Alternatieve LPWA-technologieën

Met z'n lage energieverbruik en wijd bereik is NB-IoT een LPWA-technologie (Low-Power Wide-Area) die technisch verwezenlijkt kan worden in zowel GSM- als LTE-frequenties. 3GPP gecertificeerde LTE-M (Long-Term Evolution for Machines) geldt als de tweede LPWA-standaard. Dit is een extensie van de LTE-standaard die specifiek gebruikt wordt voor de dataoverdracht in het Internet of Things. LTE-M slaagt erin aanzienlijk hogere overdrachtssnelheden te behalen in downlink en uplink dan NB-IoT maar heeft dan ook een veel hogere brandbreedte nodig. Beide technologieën kunnen derhalve elkaar aanvullen om verschillende IvD-applicaties te bestrijken. Extended Coverage (EC-GSM-IoT) is gedefinieerd als de derde standaard. Mobiele providers die onvoldoende LTE-spectrum hebben voor NB-IoT of LTE-M kunnen hun GSM-spectrum gebruiken met EC-GNB-IoT.

Spectrum met of zonder vergunning

Andere technologieën met een laagverbruik en hoog bereik zijn bijvoorbeeld LoRaWAN, Weightless, Sigfox, RPMA, enUNB. Net als Bluetooth en wifi, echter, gebruiken deze technologieën het vergunningsvrije frequentiespectrum. Voordeel: het is openlijk toegankelijk. Nadeel: het is niet zo streng gereguleerd als het spectrum met vergunning; verschillende technologieën kunnen elkaar dus storen. 
Omdat NB-IoT, LTE-M en EC-GSM-IoT het spectrum met vergunning gebruiken, zijn standaarden voor kwaliteit, beveiliging en gegevensbescherming gewaarborgd, net als met normale mobiele technologie. Deze technologieën maken gebruik van bestaande infrastructuren zodat het niet nodig is om een heel nieuw netwerk op te zetten, waardoor ze snel uitgerold kunnen worden. Deutsche Telekom heeft bijvoorbeeld de GSM-masten geschikt gemaakt voor NB-IoT met een eenvoudige software-update en heeft als zijn eerste commerciële applicatie een slim parkeersysteem in gebruik genomen. In 2017 staan nog meer NB-IoT oplossingen gepland.

5G: sterk en snel

Voor IoT-applicaties zoals autonoom rijden, verbonden auto's en bediening op afstand moet de gegevensoverdracht bijna in real-time verlopen. LPWA-standaarden hebben wat dat betreft hun grens bereikt. Doorlooptijden van minder dan een milliseconde - met datasnelheden tot 50 Gbit/sec - zijn alleen mogelijk met de nieuwe 5G cellulaire standaard.