Internet of Things (IoT) telah menjadi teknologi inti untuk menghubungkan berbagai perangkat di berbagai bidang seperti konsumsi, industri, layanan kesehatan, dan kota pintar. Para analis memperkirakan bahwa pada tahun 2030, lebih dari 25 miliar perangkat akan memerlukan akses jaringan yang andal dan terukur.
Cara menghubungkan perangkat-perangkat ini dengan cara yang hemat energi,-hemat, dan stabil adalah sebuah tantangan. Teknologi nirkabel tradisional seperti Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, dan LTE/5G tidak dapat sepenuhnya memenuhi kebutuhan spesifik ini.
NB-IoT bertujuan untuk menjembatani kesenjangan ini. NB-IoT ditentukan oleh 3GPP di LTERelease13 dan terus dioptimalkan di versi berikutnya. Ini adalah jaringan area luas-berdaya rendah (LPWAN) yang beroperasi pada spektrum berlisensi. NB-IoT dirancang khusus untuk mendukung komunikasi tipe mesin (mMTC) yang masif. Saat ini, NB-IoT telah diterapkan di berbagai bidang seperti kota pintar, utilitas publik, logistik, pertanian, dan layanan kesehatan.
Tantangan koneksi yang dihadapi oleh perluasan Internet of Things
Perluasan penerapan Internet of Things (iot) menghadapi beberapa tantangan utama:
Konsumsi daya: Banyak perangkat Internet of Things (iot) yang bertenaga baterai-namun biasanya dipasang di tempat yang biaya penggantian baterainya mahal atau tidak praktis. Perangkat ini memerlukan masa pakai baterai 5 hingga 10 tahun selama siklus transmisi sebenarnya.
Area cakupan: Peralatan ini biasanya dipasang di ruang bawah tanah, terowongan, atau daerah pedesaan, di mana teknologi seperti Wi-Fi dan Bluetooth Hemat Energi (BLE) tidak dapat menyediakan koneksi yang andal. Oleh karena itu, cakupan yang luas dan kemampuan penetrasi dalam ruangan sangat penting.
Biaya dan skalabilitas: Penyebaran di perkotaan mungkin melibatkan ratusan ribu titik terminal. Modul peralatan harus murah (dalam-satu digit dolar), dan jaringan harus mendukung setiap stasiun pangkalan untuk menghubungkan puluhan ribu perangkat secara bersamaan.
Wi-Fi menghabiskan terlalu banyak daya dan tidak cocok untuk-suplai daya baterai jangka panjang. Jarak transmisi BLE dan Zigbee terbatas. Meskipun LTE/5G memiliki kinerja yang luar biasa, LTE/5G belum dioptimalkan untuk volume data rendah dan transmisi frekuensi rendah-yang umum terjadi pada banyak aplikasi Internet of Things.
Landasan teknis NB-IoT
NB-IoT didasarkan pada infrastruktur LTE yang ada namun menyederhanakannya, sehingga mengurangi kompleksitas dan konsumsi daya. Ini beroperasi dalam tiga mode:
Mode jaringan mandiri: Dikerahkan dalam spektrum GSM yang dialokasikan kembali.
Dalam-mode pita: Diterapkan dalam blok sumber daya operator LTE yang ada.
Mode pita perlindungan: Disebarkan pada pita perlindungan yang tidak digunakan di antara operator LTE.
Modul radio NB-IoT lebih sederhana dan lebih murah, dengan bandwidth saluran hanya 180kHz. Fitur utamanya meliputi:
Cakupan yang diperluas: Link budget yang ditingkatkan memungkinkannya beroperasi di lingkungan yang kompleks seperti ruang bawah tanah dan daerah terpencil.
Mode-hemat energi (PSM dan eDRX): Perangkat dapat mempertahankan status pendaftaran jaringannya namun tetap dalam keadaan tidak aktif untuk waktu yang lama, hanya aktif ketika transmisi data diperlukan. Hal ini dapat mengurangi konsumsi daya idle ke tingkat mikroampere dan memperpanjang masa pakai baterai hingga lebih dari 10 tahun.
Penjadwalan yang efisien: Penggunaan uplink pita sempit dengan pengulangan sinyal memastikan transmisi muatan data kecil yang stabil (byte ke kilobyte). Kisaran penundaannya adalah dari beberapa ratus milidetik hingga beberapa detik, cocok untuk sebagian besar aplikasi telemetri.
Kepadatan perangkat: Satu sel{0}}IoT NB dapat mendukung hingga 50.000 perangkat, sehingga memungkinkan penerapan-perkotaan dengan kepadatan tinggi.
Keamanan: NB-IoT mewarisi kerangka keamanan 3GPP yang kuat, termasuk autentikasi berbasis kartu SIM, enkripsi, dan perlindungan integritas.
Throughput: Kecepatan data puluhan kbps, dioptimalkan untuk transmisi data kecil dan jarang.
Aplikasi praktis
Pengukuran cerdas
Perusahaan utilitas publik adalah salah satu bidang aplikasi utama teknologi NB-IoT. Meteran air dan meteran gas yang mendukung NB-IoT telah menggantikan pembacaan meteran manual dan dapat mengirimkan data dengan andal bahkan di area dalam ruangan seperti ruang bawah tanah. Hal ini meningkatkan keakuratan penagihan, memfasilitasi deteksi kebocoran, dan meminimalkan pengoperasian manual. Vodafone dan operator Eropa lainnya telah menerapkan jutaan NB-pengukur cerdas IoT.
Pelacakan aset dan logistik
NB-Sensor IoT dapat melacak lokasi dan status barang, termasuk pemantauan lingkungan. Dibandingkan dengan solusi yang hanya menggunakan GPS, masa pakai baterai sensor ini telah diperpanjang secara signifikan. Misalnya, China Mobile telah menerapkan teknologi NB-IoT pada ribuan truk rantai dingin, sehingga mengurangi kehilangan kargo hingga lebih dari 15%.
Pemantauan lingkungan
Kota-kota menerapkan sensor NB-IoT untuk memantau kualitas udara, polusi suara, dan ketinggian air. Di India, sensor ketinggian air NB-IoT dapat memberikan peringatan banjir, menunjukkan potensi teknologi ini dalam hal biaya pemeliharaan yang rendah dan penerapan skala kota.
Infrastruktur cerdas
NB-IoT sedang diintegrasikan ke dalam lampu jalan pintar, meteran parkir, dan tempat sampah. Di Wina, lampu jalan pintar menggunakan NB-IoT untuk menyesuaikan pencahayaan sesuai kondisi aktivitas, sehingga mengurangi konsumsi daya sebesar 30%. Tempat sampah pintar akan memberi tahu layanan pengumpulan sampah jika sudah penuh, sehingga mengoptimalkan rute dan menghemat bahan bakar.
Perangkat kesehatan dan perangkat yang dapat dipakai
NB-IoT dapat dihubungkan ke perangkat seperti monitor glukosa darah jarak jauh, alat pacu jantung, dan tombol darurat pribadi. Proyek percontohan telemedis pedesaan menggunakan NB-IoT untuk memantau pasien di daerah dengan jangkauan broadband yang tidak mencukupi, sehingga mengurangi kebutuhan pasien untuk mengunjungi rumah sakit.
Pertanian
Sensor kelembaban tanah memandu petani dalam merumuskan rencana irigasi untuk meminimalkan penggunaan air dan meningkatkan hasil panen. Kalung ternak dapat melacak-lokasi dan status kesehatan hewan secara real-time, sehingga menghasilkan pengelolaan kawanan yang lebih efektif.
Perbandingan dengan teknologi-jaringan area luas berdaya rendah (LPWAN) lainnya
LoRaWAN dan Sigfox adalah dua teknologi LPWAN utama yang beroperasi dalam spektrum tanpa izin. LoRaWAN sangat cocok untuk diterapkan di jaringan khusus, sementara Sigfox menawarkan jangkauan luas melalui operator jaringannya. Namun, dibandingkan dengan teknologi spektrum berlisensi, keduanya rentan terhadap interferensi dan mungkin memiliki keterbatasan dalam hal kapasitas uplink dan-dukungan jangka panjang dari operator.
Sebaliknya, NB-IoT menggunakan spektrum berlisensi, memberikan keandalan-setingkat operator, standarisasi global, dan dukungan-jangka panjang dari operator jaringan seluler, sehingga tetap sejalan dengan arah pengembangan LTE-M dan 5G. Oleh karena itu, NB-IoT sangat cocok untuk jaringan publik yang dikelola oleh operator, sementara LoRaWAN biasanya menawarkan fleksibilitas lebih besar untuk jaringan perusahaan swasta.
Pertimbangan desain teknik
NB-IoT merupakan pelengkap dan bukan pengganti standar nirkabel lainnya seperti BLE, Wi-Fi, atau Thread, dan biasanya digunakan bersamaan dalam penerapan hibrid. Insinyur harus mempertimbangkan kelebihan dan keterbatasan NB-IoT:
Penundaan: Penundaan beberapa detik tidak berlaku untuk aplikasi yang memerlukan kontrol{0}}waktu nyata.
Mobilitas: Dukungan untuk peralihan-sel terbatas, sehingga NB-IoT paling cocok untuk perangkat dengan mobilitas-tetap atau rendah.
Throughput: Kecepatan data dibatasi hingga puluhan kbps, sehingga tidak cocok untuk aplikasi-data-volume tinggi.
Ketergantungan operator: Cakupan dan ketersediaan fungsi berbeda-beda menurut operator dan wilayah.
NB yang efektif-Penerapan IoT memerlukan perhatian khusus pada aspek-aspek berikut:
Bahan kimia baterai: Pemilihan yang cermat diperlukan, misalnya, penggunaan baterai litium tionil klorida atau superkapasitor yang tahan lama untuk mendukung transmisi pulsa daya.
Desain antena: Meskipun antena kecil dapat digunakan, antena tersebut perlu disesuaikan secara hati-hati saat ditempatkan di bawah tanah atau di dalam wadah logam untuk mencapai kinerja terbaik.
Pemilihan modul: Insinyur harus mencocokkan fungsi modul dan pita frekuensi yang didukung dengan infrastruktur operator jaringan.
Pembaruan firmware: Pembaruan-over the-air (OTA) harus dilakukan secara bertahap dan efisien untuk menghemat energi dan bandwidth.
Jika Anda mengembangkan sirkuit atau modul terintegrasi-IoT NB baru, T2M memiliki IP terverifikasi-silikon, yang dapat mempersingkat waktu pemasaran produk Anda dan mengurangi risiko pengembangan.
Pertimbangan peraturan dan penerapan
NB-IoT menggunakan spektrum berlisensi dan perlu bekerja sama dengan operator jaringan seluler. Insinyur harus memahami alokasi spektrum, peraturan lokal, dan izin penempatan. Lisensi spektrum memastikan kinerja yang dapat diprediksi dan mengurangi interferensi, yang merupakan keunggulan utama dibandingkan solusi LPWAN tanpa izin. Selain itu, perjanjian operator dan jaminan tingkat layanan sangat penting untuk penerapan tingkat-kota penting-di industri seperti utilitas, layanan kesehatan, dan industri.
Integrasi dengan teknologi baru
NB-IoT semakin berintegrasi dengan teknologi lain untuk menciptakan solusi hibrid yang canggih:
Koneksi hibrid: Perangkat dapat menggunakan NB-IoT untuk akses cloud dan menggabungkan protokol-jarak pendek seperti BLE, Matter, atau Thread untuk mencapai interoperabilitas perangkat lokal.
Kecerdasan edge: Perangkat-NB yang terintegrasi dengan akselerator AI berdaya rendah-dapat memproses data secara lokal. Misalnya, sensor getaran industri dapat menganalisis pola getaran di-lokasi dan hanya mengirimkan peringatan abnormal, sehingga menghemat bandwidth secara signifikan.
Integrasi satelit: NB-Modul IoT sedang diuji dengan satelit Orbit Bumi rendah (LEO) untuk menyediakan koneksi untuk aplikasi maritim, pertambangan, dan pertanian jarak jauh.
Evolusi Keamanan: Penelitian di bidang kriptografi-kuantum bertujuan untuk mengembangkan algoritme ringan-yang tahan kuantum yang dapat berjalan di perangkat NB-IoT, sehingga meningkatkan kemampuan jaringan untuk melawan ancaman yang muncul.
Industri 4.0: Skalabilitas dan efisiensi energi yang tinggi dari NB-IoT memungkinkannya membangun jaringan sensor padat di pabrik pintar, termasuk sensor pemantauan kondisi, meteran listrik, dan tag logistik.
Pandangan Masa Depan
NB-IoT telah dimasukkan ke dalam peta jalan MTC 5G, memastikan pengembangan dan evolusinya yang berkelanjutan. Integrasinya dengan jaringan hibrid, komputasi edge, konektivitas satelit, dan Industri 4.0 menjadikannya teknologi mendasar bagi ekosistem Internet of Things yang dapat diskalakan dan berdaya rendah. Seiring dengan semakin banyaknya kota dan industri yang mengadopsi infrastruktur yang lebih cerdas, NB-IoT diharapkan menjadi solusi konektivitas yang canggih dan hemat biaya-dalam beberapa dekade mendatang.
Penerapan NB-IoT dalam-Penerapan iot skala besar
NB-IoT dirancang khusus untuk memenuhi persyaratan dasar-aplikasi Internet of Things berskala besar: efisiensi energi yang tinggi, cakupan luas, skalabilitas-skala besar, dan keamanan yang kuat. Ini mengisi kesenjangan utama antara protokol nirkabel tradisional dan LPWAN berpemilik dengan menyediakan solusi-berstandar global tingkat operator.
Penerapan praktisnya di berbagai bidang seperti pengukuran cerdas, pemantauan lingkungan, logistik, layanan kesehatan, dan pertanian telah membuktikan efektivitasnya dalam berbagai skenario penerapan. Meskipun memiliki keterbatasan dalam hal latensi, mobilitas, dan throughput, NB-IoT tetap menjadi teknologi pelengkap yang penting untuk membangun jaringan Internet of Things berskala besar-skala,-efisien energi, dan aman.
Dengan miliaran perangkat yang terhubung ke jaringan, penting bagi para insinyur yang mengembangkan sistem yang stabil dan berorientasi masa depan-untuk memahami kelebihan dan kekurangan, teknologi penerapan, dan potensi integrasi NB-IoT.
