협대역 IoT(NB-IoT)란 무엇인가요?

NB-IoT란 무엇인가요?

비셀룰러 도입으로 LPWAN (저전력 광역 네트워크) 기술과 같은 LoRa 그리고 시그폭스모바일 업계는 IoT 및 M2M(사물 간 통신) 애플리케이션을 위한 NB-IoT(협대역 사물 인터넷)로 이러한 새로운 기술에 대응했습니다. 이는 3GPP 셀룰러 표준 단체의 릴리스(13)의 일부로 도입되었으며, LTE CAT-NB로도 알려져 있습니다. NB-IoT 도입의 주요 목표는 긴 배터리 수명, 짧은 지연 시간, 저전력 및 향상된 실내 커버리지를 도입하는 것이었습니다. NB-IoT 배포의 또 다른 흥미로운 특징은 2G, 3G 및 4G 모바일 네트워크에 NB-IoT를 포함시키기 위한 규정을 이미 3GPP에서 만들었습니다. 5G 표준을 준수합니다. 이제 NB-IoT의 작동 방식과 기능에 대해 자세히 알아보겠습니다.

어떻게 작동하나요?

NB-IoT는 데이터 전송을 위해 이동통신사 네트워크를 활용합니다. 센서에서 수집된 데이터는 전송 노드 또는 NB-IoT 기지국으로 전송됩니다. 이러한 전송 노드는 IoT 게이트웨이 및 IoT 클라우드 애플리케이션 서버를 사용하여 추가 처리를 수행합니다.

NB-IoT를 배포하는 데는 크게 세 가지 작동 모드가 있습니다: 인밴드, 가드밴드, 독립형입니다. 인밴드 작동 모드에서는 할당된 GSM 대역 내에서 180KHz 대역폭의 단일 소스 블록이 NB-IoT에 사용됩니다. 가드 밴드는 LTE 캐리어 내에서 사용되지 않는 가드 대역을 활용하여 NB-IoT 캐리어를 전송하는 방식입니다. 마지막으로, 독립 운영 모드에서는 NB-IoT 반송파가 독립형 반송파로 전송됩니다.

독립형 작동 모드가 최상의 성능을 제공하지만, 배포된 대부분의 사용 사례는 가드 밴드 작동 모드를 사용하므로 다음과 같은 성능에 영향을 미칩니다. LTE. 그러나 후자의 방법이 더 비용 효율적일 것으로 예상됩니다. 반면, 대역 내 작동 모드는 할당된 LTE 스펙트럼에 NB-IoT 캐리어를 패킷화하기 때문에 LTE와 NB-IoT의 성능이 모두 저하됩니다.

업링크 채널에서 NB-IoT의 데이터 전송은 NB-IoT가 반이중이기 때문에 효율적으로 수행됩니다. 여기서 먼저 셀룰러 네트워크에 연결이 설정된 다음 노드에 네트워크 리소스가 할당되고 마지막으로 데이터 전송이 이루어집니다. 프로세스를 더 자세히 설명하면, 디바이스는 전송할 데이터가 있을 때까지 처음에는 네트워크에서 연결이 끊어집니다. 연결이 설정된 후 디바이스는 RRC(무선 리소스 제어)가 유휴 상태가 될 때까지 구성 가능한 시간 동안 연결 상태를 유지한 다음 연결을 끊습니다. NB-IoT는 데이터 확인이 수신되면 연결을 즉시 종료하여 활성 연결을 가정하는 LTE 네트워크에서 발생하는 과도한 전력 소비를 줄입니다. 또한 애플리케이션에 데이터를 전송하기 위해 진화형 패킷 시스템(EPS)의 셀룰러 사물 인터넷(CIoT)에 대한 두 가지 최적화가 NB-IoT에 정의되어 있으며, 이는 사용자 플레인과 제어 플레인에 적용됩니다.

NB-IoT의 특징 및 이점

이제 NB-IoT의 몇 가지 흥미로운 기능과 이점을 살펴보겠습니다.

• 낮은 전력 소비: NB-IoT는 절전 모드(PSM) 및 확장된 불연속 수신(eDRX) 등의 기능을 사용하여 배터리로 구동되는 에지 노드의 전력 소비를 줄입니다. PSM은 UE(사용자 장비)의 기능으로, UE가 데이터를 전송하기 위해 얼마나 자주, 얼마나 오래 활성화해야 하는지 보고합니다. 이는 전원 끄기와 유사하지만 UE가 네트워크에 등록된 상태로 유지되므로 연결을 다시 설정할 필요가 없습니다. eDRX는 기존 LTE의 불연속 수신(DRX) 기능을 확장한 기능으로, 눈에 띄지 않는 시간 동안 UE가 네트워크에서 분리되는 기능입니다. 이 두 기능 모두 배터리 용량이 5Wh인 에지 노드 디바이스에 10년 이상의 배터리 수명을 제공하는 것을 목표로 합니다.
•  향상된 커버리지: NB-IoT의 최대 결합 손실(MCL)은 164dB로 터널, 지하실, 시골 지역, 개방된 환경에서도 깊은 커버리지가 가능합니다. 이는 LTE에 비해 20dB 개선된 수치이며, 커버리지 영역이 7배 증가한 것입니다.
• 데이터 속도가 낮은 디바이스의 저렴한 비용: 디바이스의 복잡성이 낮기 때문에 디바이스 가격은 모듈당 $6 정도입니다. 디바이스의 복잡성을 낮추는 또 다른 요인은 NB-IoT에 반이중 co1TP14 통신 모드가 배포된다는 점입니다.
•  처리량이 적은 대량의 디바이스를 연결할 수 있습니다: 셀 사이트 섹터 내에서 최소 50,000개 이상의 연결된 디바이스를 지원합니다. 업링크와 다운링크 모두에 대한 예상 데이터 전송 속도는 약 160bps입니다.
• 더 좁은 채널: NB-IoT의 채널 폭은 180kHz입니다. 따라서 디바이스 설계의 복잡성이 줄어들고 디바이스의 전력과 비용도 절감됩니다. NB-IoT는 할당된 180kHz 리소스 블록에서 각 UE에 하나 이상의 15kHz 부반송파를 할당합니다. 이를 3.75kHz로 좁힐 수 있는 유연성이 있어 더 많은 디바이스가 공간을 공유할 수 있습니다.
• 지연 시간 단축: NB-IoT는 10초 미만의 지연 시간을 목표로 합니다.
• 향상된 용량: 신호 최적화, 협대역 전송, 하이브리드 자동 반복 요청(HARQ) 및 적응형 변조와 같은 기능을 통해 특정 지역 내에서 수백만 개의 NB-IoT 디바이스를 연결할 수 있습니다.
• 상속된 보안: NB-IoT는 SIM 기반 인증을 비롯한 LTE 보안 기능에서 보안 기능을 상속받습니다.
• 이동성 없음: NB-IoT는 핸드오버를 지원하지 않으므로 단일 셀에 연결된 상태를 유지하거나 고정된 상태로 유지해야 합니다.

NB-IoT 적용

흥미로운 NB-IoT 애플리케이션 분야는 다음과 같습니다:

• 스마트 미터링: NB-IoT의 향상된 보급 기능과 향상된 커버리지로 인해 지하 계량 시스템 및 원격 계량 시스템에 적합합니다.
• 모바일 추적 감소: NB-IoT는 이동성이 적은 곳에서 이동성이 적은 ASST를 추적하는 데 이상적입니다.
• 스마트 시티: NB-IoT는 처리량이 적은 수백만 개의 디바이스를 함께 연결할 수 있어 스마트 시티와 같은 복잡한 시스템을 설계하는 데 매우 중요합니다.
• 스마트 빌딩 및 산업용 IoT(IIoT) 애플리케이션: NB-IoT는 건물과 공장에 구축된 광대역 연결을 통해 환경 및 유지보수 데이터를 모니터링할 수 있습니다.

NB-IoT는 언제 고려해야 할까요?

NB-IoT는 전력 소비가 적은 절전형 디바이스에 적합합니다. 또한 IoT 및 M2M 낮은 데이터 속도와 낮은 이동성이 요구되는 사용 사례에서 낮은 비용, 강력한 커버리지, 특정 작동 범위에 대한 높은 밀도의 커넥티드 디바이스가 필요합니다. 1]에 따르면 유럽에서 NB-IoT의 가장 큰 시장 점유율은 인프라와 농업 부문이 각각 차지하고 있으며, 자동차 및 헬스케어 부문이 그 뒤를 잇고 있습니다. 이를 통해 애플리케이션에서 NB-IoT를 고려해야 할 시점에 대한 아이디어를 얻을 수 있습니다.

NB-IoT와 LTE-M

NB-IoT와 LTE-M은 모두 2016년에 3GPP 릴리스 13에 의해 도입되었습니다. 먼저, LTE-M은 NB-IoT보다 더 높은 데이터 속도와 짧은 지연 시간을 제공합니다. 또한 LTE-M은 음성과 데이터 동시 통신을 모두 지원할 수 있는 반면, NB-IoT는 데이터 동시 통신만 지원할 수 있습니다. 또한 LTE-M은 LTE를 계승하기 때문에 즉시 로밍 기능을 갖추고 있어 더 많은 모바일 애플리케이션에서 사용할 수 있습니다.

그러나 NB-IoT는 LTE-M보다 더 넓은 커버리지와 침투력을 제공합니다. 또한 NB-IoT는 2G 및 3G 셀룰러 네트워크와의 역호환성이 있는데, 이러한 셀룰러 네트워크는 여전히 널리 사용되고 있기 때문에 LTE-M의 단점입니다. 마지막으로, NB-IoT는 낮은 대역폭과 낮은 데이터 속도로 인해 LTE-M에 대한 비용 효율적인 대안입니다.

확인 NB-IoT와 LoRa의 차이점 에 관심이 있으시다면

결론

1] 에 따르면 글로벌 NB-IoT 시장은 2018년 5억 7,800만 달러 규모이며 다음과 같이 성장할 것으로 예상됩니다. 3GPP 는 이미 5G 셀룰러 communications에서도 NB-IoT에 대한 규정을 마련했습니다. 이를 통해 더 많은 커버리지와 많은 상호 연결된 디바이스가 가능해져 대규모 IoT 출시가 가능해질 것입니다. 따라서 정적 저전력 IoT 애플리케이션에서 NB-IoT를 고려하는 것이 좋습니다.