IoT 설계자를 위한 NB-IoT 아키텍처 분석

NB-IoT(협대역 IoT)를 활용하여 사물 인터넷 데이터 수집 장치를 배포하는 것에 대해 생각하고 계십니까? 다음은 설계자와 엔지니어가 작동할 뿐만 아니라 고객에게 가치를 더하는 제품을 만들기 위해 NB-IoT 아키텍처에 대해 알아야 할 사항입니다.

LTE-M과 비교한 NB-IoT 아키텍처

이미 눈치채셨겠지만, NB-IoT에 대한 모든 논의에는 일반적으로 LTE-M에 대한 언급이 포함됩니다. 둘 다 IoT 애플리케이션을 위해 개발된 셀룰러 저전력 광역(LPWA) 기술입니다. 둘 다 지리적으로 다른 곳에서 주목을 받고 있습니다. (제품에 NB-IoT를 활용하려는 경우 잠재적인 장애물을 고려했는지 확인하십시오.) NB-IoT 장치를 구성하는 방법에 대한 논의는 때때로 상황에 따라 LTE-M을 부분적으로 참조합니다. NB-IoT 아키텍처가 LTE-M의 아키텍처와 매우 유사하기 때문입니다.

NB-IoT와 LTE-M의 주요 차이점은 다음과 같습니다. NB-IoT는 더 좁은 대역폭 채널(200kHz 대 1.4MHz)을 필요로 하며 장치는 LTE 보호 대역( 현재 사용하지 않는 주요 LTE 대역) 및 IoT 전용 대역입니다. 많은 NB-IoT 배치가 보호 대역에 배치되고 있습니다. 이는 셀 회사가 사용하지 않는 스펙트럼을 수익화할 수 있는 좋은 방법이기 때문입니다. NB-IoT 장치는 규제 기관이 승인하는 경우 사용 가능한 모든 스펙트럼을 사용하거나 LTE 스펙트럼 할당 내에서 독립형 대역에 배포할 수도 있습니다. 이전 게시물에서 다른 차이점에 대해 논의했습니다.

이것은 NB-IoT 네트워크를 구현하기 위해 셀룰러 사업자 및 기타 네트워크 공급자에게 엄청난 유연성을 제공하지만 로밍과 관련이 있는 장치 설계자에게는 몇 가지 중요한 문제를 제기합니다. 사람들은 로밍이라는 용어를 사용합니다. 의미는 다르지만 이 기사의 목적상 "홈 네트워크의 지리적 범위를 벗어나 여행할 때 ...데이터를 보내고 받는" 기능을 의미합니다. 로밍은 NB-IoT의 장기 로드맵에 있지만 NB-IoT 표준의 유연성과 NB-IoT 네트워크에 액세스할 수 있는 제한된 장치의 제한이 결합되어 이 시점에서 로밍이 거의 불가능합니다. 모든 실용적인 목적을 위해 쓰기. 따라서 NB-IoT 장치는 처음부터 특정 대역을 사용하도록 구성해야 하기 때문에 서로 다른 네트워크에서 사용할 수 있는 장치를 구축하는 것은 실제로 LTE-M보다 NB로 훨씬 더 어렵습니다. 런타임에 지원하는 대역을 선택할 수 있는 현재 사용 가능한 모듈이 없으므로 기본적으로 제조 시 원하는 대역을 선택해야 합니다. 이것은 약간의 운영 효율성을 제공할 수 있지만 실제로는 장치가 동일해 보여도 다른 SKU를 갖게 되며 장치를 구축할 때 장치를 정확히 어디에서 사용할지 알아야 합니다.

이 문제는 모든(또는 대부분의) 응용 프로그램에 적용되지는 않지만 강조할 가치가 있습니다. NB-IoT를 사용할 가능성이 가장 큰 애플리케이션은 수도 및 가스 계량기 또는 고정된 위치의 센서와 같은 것입니다. 고정 자산은 10년 동안 하루에 한 번만 통신하도록 설계된 고정 자산입니다. 거의 모든 경우에 해당 장치가 배치될 위치를 알고 있으며 위치를 변경할 계획이 없습니다. (이는 LTE-M에서도 어느 정도 문제지만 NB-IoT에서 증폭됩니다.)

NB-IoT 아키텍처의 필수 요소

NB-IoT 아키텍처는 LTE-M과 유사합니다. 동일한 구성 요소는 다음과 같습니다.

안테나

대부분의 경우 셀 회사와 협력하여 장치를 배포하게 됩니다. 회사에서 LTE 대역 내 또는 인접하여 배치하므로 해당 대역에 맞는 안테나를 사용해야 합니다.

안테나는 특정 주파수용으로 설계되었습니다. 항상 모든을 지원하는 안테나가 하나만 있을 수는 없습니다. 모든 주요 안테나를 지원하는 다중 대역 안테나가 있지만 가능한 NB-IoT 대역이 있습니다. 하지만 대부분의 NB-IoT 애플리케이션에 매우 중요한 이러한 안테나 비용을 달러와 크기로 지불해야 합니다. NB-IoT 네트워크가 표준 GSM 또는 LTE 대역에 속한다면 일반 안테나를 사용할 수 있지만 비전통 대역의 경우 레이더를 계속 지켜봐야 합니다. (사용해야 하는 대역은 거주 국가의 규제 구조, 셀룰러 회사 또는 네트워크 공급자가 소유한 스펙트럼 자산, NB-IoT 배포 방법을 비롯한 여러 요인의 조합에 따라 결정됩니다. LTE-M의 경우 일반적으로 셀룰러 사업자는 기존 LTE 리소스 블록을 사용하지만 NB-IoT의 경우 네트워크 사업자는 기존의 셀룰러 대역 할당 범위를 벗어나 자신이 소유한 라이선스 스펙트럼에 네트워크를 배치할 수 있습니다.)

NB-IoT 모뎀(또는 모듈)

그런 다음 모뎀(모듈이라고도 함)을 선택합니다. NB-IoT 칩셋은 일반적으로 모듈에 내장되어 있으며 이를 제품에 설계합니다.

선택한 모듈은 PTCRB(북미에서 작동하는 경우) 또는 GCF(글로벌 사용을 위한 글로벌 인증 포럼)의 인증을 받아야 합니다. 이상적으로는 AT&T나 Verizon과 같은 이동통신 회사나 통신업체에서도 인증을 받아야 인증 부담이 줄어듭니다. 예를 들어 Gemalto, u-blox 또는 Sierra의 모듈을 사용하는 경우 캐리어 인증을 직접 받아야 합니다. 대조적으로 Link Labs 판매와 같은 사전 인증 플랫폼은 배포 프로세스를 크게 단순화합니다. (기본적으로 LTE-M 기기와 동일하지만 펌웨어가 다르고 내부 하드웨어 구성이 약간 다르기 때문에 고객에게 영향을 미치지 않습니다.)

호스트

호스트는 말 그대로 호스트하는 장치 보드입니다. 너의 어플리케이션. 다른 센서와 같은 모든 주변 장치에 대한 인터페이스는 물론 애플리케이션을 실행하는 것은 마이크로 컨트롤러 또는 마이크로 프로세서입니다. 또한 모듈 또는 이 경우 하드웨어 플랫폼을 제어합니다.

호스트는 다른 무엇보다 고려하는 것이 중요합니다(실제로 고객이 비용을 지불하는 것이기 때문에 아마도 더 많을 것입니다). 애플리케이션의 전력 소비를 제어해야 하므로 저전력 호스트 애플리케이션 설계는 모든 라디오의 저전력 기능만큼 중요합니다. 당사 플랫폼은 저전력 모드와 관련된 많은 어려운 설정을 추상화하여 무선 부품과 더 쉽게 상호 작용할 수 있도록 합니다. 당사 플랫폼은 기본적으로 저전력입니다. 라디오를 더 낮은 전력으로 만들기 위해 호스트 측에서 수행할 추가 작업이 거의 없습니다. u-blox나 Sierra와 같은 기존 모듈을 사용하려면 AT 명령을 사용하여 라디오의 전원 관리에 대해 훨씬 더 많은 작업을 수행해야 합니다.

셀룰러 네트워크

IoT 장치는 소량의 데이터만 전송하므로 일반적으로 표준 TCP/IP를 통해 대부분의 모뎀이 셀룰러 네트워크와 상호 작용하는 방식과 다른 비 IP 기반 장치 통신 프로토콜을 사용하는 것이 좋습니다. (NB-IoT와 함께 TCP/IP를 사용할 수 있지만 NB-IoT가 설계된 목적과 약간 반대되는 많은 데이터 오버헤드를 지불해야 합니다.)

NB-IoT는 IoT 장치를 배포하는 유일한 옵션이 아니며 최선이 아닐 수도 있습니다. 이 무료 백서를 다운로드하여 사용 사례에 적합한 저전력 광역 네트워크 유형에 대해 자세히 알아보세요.

따라서 두 가지 선택이 있습니다. 기존 TCP/IP를 사용하고 오버헤드에 대한 비용을 지불하거나 모든 추가 계층을 제거하는 별도의 통신 프로토콜을 설계합니다. 옵션 2의 경우 일반적으로 셀 네트워크 내의 자체 사설 네트워크 라우팅과 Link Labs가 제공하는 것과 유사한 이 대체 프로토콜을 지원하는 자체 장치 관리 서버가 필요합니다. 자체 사설 APN 및 VPN(가상 사설망)을 통해 비 TCP/IP 통신을 사용하여 원하는 방식으로 트래픽을 라우팅할 수 있습니다. 이 요소는 NB-IoT에 대해 제안된 아키텍처의 큰 부분입니다.

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우리에게 이야기하십시오. 우리는 NB-IoT, LTE-M을 사용하거나 다른 LPWA 옵션을 고려하고 있는지 여부에 관계없이 장치를 실현하는 데 도움이 되는 전문 지식과 기술을 보유하고 있습니다. 지금 배포할 준비가 되었다면 장치의 출시 시간을 단축할 수 있는 LTE Cat-M1 사전 인증 하드웨어 플랫폼에 대해 문의하십시오. 또한 NB-IoT 기기의 설계 및 구축을 더 쉽게 만들 수 있는 동일한 하드웨어 설계를 기반으로 하는 NB-IoT 플랫폼도 곧 제공할 예정입니다.

IoT 장치를 땅에서 꺼내는 것은 단순히 칩을 구입하는 것보다 더 복잡하지만 세부 사항으로 인해 지연될 이유가 없습니다. 프로젝트에 대해 알려주시면 효과적인 솔루션을 설계하는 데 도움을 드리겠습니다.