Добрый день всем!

Здесь описывается NB-IoT с точки зрения оконечных устройств и простых пользователей. Так как информации много, то разобью её на несколько частей. В этой части обсудим общую информацию, особенности технологии NB-IoT и состояние на начало 2019 г.

NB-IoT (Narrow Band Internet of Things) – технология сотовой связи на основе LTE, предназначенная для стационарных устройств с низкими объемами передаваемых данных и малым потреблением. Ассоциация GSM обещает, что устройства NB-IoT будут дешевыми и (при определенных условиях) смогут работать от обычных батареек до 10 лет. Интересно, что ассоциация также описывает NB-IoT как технологию, созданную в сжатые сроки в ответ на запросы пользователей и конкуренцию со стороны аналогичных проприетарных решений:
https://www.gsma.com/iot/wp-content/uploads/2018/04/NB-IoT_Deployment_Guide_v2_5Apr2018.pdf

NB-IoT относится с так называемому CIoT, Cellular IoT (по терминологии 3GPP) или MIoT, Mobile IoT (по терминологии GSMA) и продвигается операторами сотовой связи и производителями соответствующего оборудования. Узкополосным (Narrow Band) этот вид связи назвали по сравнению с «традиционным» LTE, где используются существенно более широкие полосы частот (3, 5, 10, 15, 20 МГц). Ширина частотного канала NB-IoT составляет 200 кГц.

Несколько слов про CIoT (MIoT)

На данный момент CIoT (MIoT) разветвляется на 2 направления: NB-IoT и LTE-M (также называемый eMTC или LTE Cat.M).

NB-IoT ориентирован скорее на неподвижные (стационарные) устройства, так как в этом режиме не поддерживается автоматическое переключение между сотами (handover). При перемещении в другую соту устройству NB-IoT придется снова регистрироваться в сети. Таким образом, NB-IoT предназначается в первую очередь для таких приложений, как автоматический сбор показаний со счетчиков, датчиков, дистанционное управление уличным освещением и т.п. В отличие от NB-IoT, другая «ветка» CIoT – LTE-M – поддерживает как переключение между сотами, так и обеспечивает в несколько раз большие скорости приема/передачи.

Преимущества и недостатки NB-IoT

Как обычно, преимущества и недостатки напрямую связаны друг с другом: если где-то прибыло, то где-то убыло. Здесь просто перечислю их с небольшими комментариями, а детали обсудим позже.

Преимущества NB-IoT

• Низкое энергопотребление оконечных устройств (при использовании режимов энергосбережения PSM и eDRX)
• Большой энергетический бюджет линии связи (GSMA называла цифру 164 дБ)
• Теоретически глобальное покрытие
• Теоретически низкая стоимость модемов (модулей) и услуг связи

Недостатки NB-IoT

• Возможны большие задержки связи при использовании режимов энергосбережения. Дело в том, что оконечное устройство, находясь в режимах энергосбережения, оказывается недоступно со стороны сети (сервера приложений). Максимальная задержка при использовании режима eDRX определяется максимальным периодом eDRX, который составляет 10485,76 секунды, т.е. почти 3 часа. Максимальная задержка при использовании режима PSM определяется максимальным временем нахождения устройства в режиме PSM – 9920 часов, что составляет 413 дней и 8 часов, т.е. больше 1 года! Режимы энергосбережения подробно обсуждаются в следующей части
• Отсутствие поддержки мобильности
• Низкие скорости приёма и передачи данных (см. ниже)

Развитие NB-IoT в мире и РФ

Интересно, что некоторые страны/регионы отдают предпочтение первоочередному развитию NB-IoT (Европа, Китай, Россия), другие – LTE-M (США, Канада). Но в целом есть мнение, что в недалёком будущем оба стандарта будут развернуты глобально.

Вот карта и коммерческие запуски сетей CIoT по данным GSMA:

Карта развития сетей NB-IoT и LTE-M в Мире
Данные о коммерческих запусках сетей NB-IoT и LTE-M в Мире

Россия на карте GSMA почему-то пока остаётся в серой зоне. Или ждут подтверждений коммерческих запусков?

Тем не менее, вот некоторые интересные пресс-релизы операторов сотовой связи РФ по поводу NB-IoT:
МТС запускает специальный NB-IoT тариф для интернета вещей
МТС выпустила sim-карты NB-IoT для интернета вещей
МТС построила первую в России федеральную сеть NB-IoT для интернета вещей
МегаФон представил первый в России тариф для управления NB-IoT-устройствами
Билайн представил первую в России гибридную сеть для IoT
Билайн начал тестировать решения IoT в Москве
Tele2, Ericsson и Ростелеком протестировали NB-IoT для ЖКХ в Москве и Петербурге

Когда писалась эта статья, пришла информация, что МТС уже запустил свою сеть NB-IoT в коммерческую эксплуатацию!

Скорости передачи данных в NB-IoT

Если в спецификациях 3GPP Release 13 был определен только один вариант NB-IoT – Category NB1, то в спецификациях 3GPP Release 14 появилось 2 варианта: Category NB1 и NB2. Вариант Category NB2 является более скоростным. Для сравнения возможностей NB1 и NB2 в таблице 1 приведены максимальные размеры транспортных блоков на прием и передачу согласно спецификации 3GPP 36.306 Release 14:

Qualcomm в спецификации чипа MDM9206 (используется в модуле N20) приводит следующие скорости передачи в режиме Cat. NB1: прием (DL) – 20 кбит/с, передача (UL) – 60 кбит/с:
https://www.qualcomm.com/products/mdm9206-iot-modem

Аналогичные результаты для NB1 приводят коллеги из МТС, упоминая, что для категории NB2 максимальная скорость приема/передачи составит более 100 кбит/с:
https://habr.com/company/ru_mts/blog/430496/

Но, насколько понимаю, речь идет о физической скорости в канале связи, соответственно, реальная скорость передачи данных будет намного меньше. К сожалению, на данный момент экспериментальными данными о максимальной скорости передачи в режиме NB-IoT я не располагаю.

Частотные диапазоны для NB-IoT в РФ

Согласно решению ГКРЧ от 28 декабря 2017 года (протокол №17-44), https://digital.gov.ru/ru/documents/5875/, для NB-IoT могут использоваться следующие полосы частот на территории РФ:
453–457,4 МГц,
463–467,4 МГц,
791–820 МГц,
832–862 МГц,
880–890 МГц,
890–915 МГц,
925–935 МГц,
935–960 МГц,
1710–1785 МГц,
1805–1880 МГц,
1920–1980 МГц,
2110–2170 МГц,
2500–2570 МГц,
2620–2690 МГц.

За небольшим исключением:

… исключение работы РЭС в режиме NB-IoT в полосах радиочастот 453–453,15 МГц и 463–463,15 МГц на территории г. Москвы и Московской области

Похоже, ГКРЧ просто разрешила разворачивать NB-IoT во всех частотных диапазонах, в которых когда-либо было разрешено разворачивание каких-либо сетей сотовой связи…
Но какие из них будут использоваться в первую очередь?

По данным, полученным из разных источников, на начало 2019 г. для NB-IoT (в тестовом режиме) в России используются следующие частотные диапазоны:

• Мегафон – диапазон B8 (UL: 880-915 МГц, DL: 925-960 МГц)
• МТС, Билайн, Теле2 – диапазоны B20 (UL: 832-862 МГц, DL: 791-821 МГц) и B3 (UL: 1710-1785 МГц, DL: 1805-1880 МГц)

Эти данные полностью совпадают с европейскими частотными диапазонами, которые приводятся в NB-IoT Deployment Guide to Basic Feature set Requirements. Version 2.0 от 5 апреля 2018 г.

Таким образом, на начало 2019 г. актуальными диапазонами NB-IoT для РФ можно считать: B20, B8 и B3.

По мнению некоторых участников рынка, NB-IoT будет разворачиваться прежде всего в субгигагерцовых частотных диапазонах (B20, B8), чтобы обеспечить наилучшее покрытие.

Можно ли будет в NB-IoT отправлять/принимать TCP/UDP-пакеты так же, как в GSM, например?

Можно! По крайней мере мы пробовали отправлять и принимать TCP/UDP-пакеты при помощи модулей N21 и N20, и всё получилось.

Можно ли будет в NB-IoT отправлять и принимать SMS?

Согласно упоминавшемуся чуть выше документу ассоциации GSM, на апрель 2018 г. функция SMS не была включена в минимальный набор требований, рекомендованных GSMA для реализации в сетях NB-IoT. По результатам опроса, проведенного GSMA, только некоторые из операторов планируют реализовать SMS в режиме NB-IoT в будущем. Тем не менее, исследование этого вопроса продолжается.

Представители Мегафона и МТС подтвердили, что, вероятно, функция SMS в режиме NB-IoT станет доступна в их сетях в будущем.

P.S. Статья не претендует на абсолютную истину и может содержать неточности. Если вы заметили неточности, хотите поделиться инсайдерской информацией или просто высказать своё мнение – добро пожаловать в комментарии!

Продолжение: NB-IoT, Narrow Band Internet of Things. Режимы энергосбережения и команды управления.