Narrowband IoT – NB-IoT là gì?

5G ra đời, các nhà lãnh đạo kinh doanh và công nghệ trên toàn thế giới đang xem xét cách họ có thể sử dụng tốc độ dữ liệu nhanh hơn, độ tin cậy cực cao, độ trễ rất thấp của 5G và những tiến bộ khác để chuyển đổi kỹ thuật số các tổ chức.

Mặc dù mạng 5G vẫn đang được triển khai, nhiều công ty đã đang xem xét cách họ có thể sử dụng 5G để phát triển tự động hóa nhà máy mới, lưới năng lượng tự phục hồi, xe tự hành và các loại ứng dụng IoT mới khác. Tuy nhiên, những người chỉ tập trung vào 5G có thể bỏ lỡ thực tế là hai công nghệ mạng diện rộng năng lượng thấp (Low Power Wide Area – LPWA) cũng mang lại cho họ cơ hội phát triển và khởi chạy các ứng dụng IoT mới

Hai công nghệ LPWA này – Narrowband IoT (NB-IoT) và Long Term Evolution (LTE) Machine-type Communications (MTC) (viết tắt LTE-M) truyền dữ liệu với tốc độ chậm hơn so với Long Term Evolution (LTE) và 5G New Radio (5G NR). Nhưng chi phí thấp, công suất cao, tiêu thụ điện năng thấp và phạm vi phủ sóng rộng (the Four Cs of LPWA) khiến chúng rất phù hợp với nhiều ứng dụng IoT – đặc biệt là các ứng dụng IoT công nghiệp (IIoT).

Narrowband IoT – NB-IoT là gì?

NB-IoT là một tiêu chuẩn công nghệ viễn thông không dây được phát triển bởi 3GPP, cơ quan tiêu chuẩn quốc tế chịu trách nhiệm về tất cả các tiêu chuẩn viễn thông di động chính, bao gồm các tiêu chuẩn 4G như LTE và các tiêu chuẩn 5G như 5G NR.

NB-IoT sử dụng phổ không dây dưới 6 GHz giống như công nghệ 4G LTE. Nhưng không giống như 4G LTE và các tiêu chuẩn viễn thông không dây, NB-IoT (cùng với LTE-M) được phát triển nhằm hướng đến IoT.

Cả NB-IoT và LTE-M đều được thiết kế để hỗ trợ các trường hợp sử dụng IoT không cần tốc độ dữ liệu quá cao nhưng yêu cầu các thiết bị:

• Không tốn kém.
• Có thể chạy trong thời gian dài hàng mà chỉ sử dụng năng lượng pin.
• Có thể kết nối với mạng di động ngay cả khi có hàng trăm thiết bị giống như nó ở gần.
• Có thể liên lạc ở các địa điểm xa nông thôn hẻo lánh, bên trong các tòa nhà hoặc dưới lòng đất.

NB-IoT tốt hơn các giải pháp IIoT như thế nào?

Chi phí ít hơn

NB-IoT hay LTE-M và tiêu chuẩn RedCap đang phát triển sử dụng truyền thông bán song công. Việc sử dụng truyền bán song công này – kết hợp với tốc độ dữ liệu thấp, sử dụng băng thông Tần số vô tuyến (RF) thấp hơn và một ăng-ten duy nhất. Dẫn đến làm giảm độ phức tạp, qua đó làm giảm chi phí sản xuất của các thiết bị NB-IoT. Những đơn giản hóa này làm giảm chi phí của các mô-đun NB-IoT tới 50% so với các mô-đun di động LTE Cat-1 thông thường.

Tiêu thụ ít năng lượng hơn

NB-IoT giảm mức tiêu thụ điện năng của các module so với các module LTE Cat-1 thông thường, nhờ các tính năng như: chế độ tiết kiệm năng lượng (Power Savings Mode – PSM) và eDRX (Extended Discontinuous Reception), cũng như khả năng của NB-IoT để tối ưu hóa lượng năng lượng được sử dụng cho việc truyền dữ liệu. Điều này cho phép các nhà phát triển ứng dụng IoT xây dựng các thiết bị có thể hoạt động hơn 10 năm chỉ với việc chạy bằng pin.

Cung cấp thêm dung lượng

Việc sử dụng narrowband, tối ưu hóa tín hiệu, điều chế thích ứng và yhybrid automatic repeat request (HARQ) của NB-IoT cho phép tối đa một triệu thiết bị NB-IoT trên mỗi km vuông kết nối với mạng.

Phạm vi phủ sóng tốt hơn

NB-IoT sử dụng lặp lại tín hiệu lớn. Mặc dù điều này làm giảm tốc độ dữ liệu của NB-IoT và tăng mức tiêu thụ điện năng, nhưng việc lặp lại tín hiệu lớn giúp cải thiện phạm vi phủ sóng của NB-IoT lên 5-10 lần so với các công nghệ di động khác. Nhờ phạm vi phủ sóng tốt hơn này, các thiết bị NB-IoT có thể kết nối với mạng di động ngay cả khi chúng nằm sâu bên trong tòa nhà, ở vùng xa hoặc thậm chí là dưới lòng đất.

Các phiên bản NB-IoT

Cat-NB1

Phiên bản đầu tiên của tiêu chuẩn NB-IoT, đã được giới thiệu trong 3GPP Release 13. Phiên bản NB-IoT này cung cấp tốc độ dữ liệu downlink tới 26 Kb/ giây (kbps) và tốc độ uplink lên đến 62 kbps, với độ trễ từ 1,6 đến 10 giây.

Cat-NB2

Phiên bản mới nhất của NB-IoT, đã được giới thiệu trong 3GPP Release 14. Cat-NB2 tăng tốc độ truyền dữ liệu downlink cao nhất của NB-IoT lên 127 kbps và tốc độ dữ liệu cao nhất của uplink lên lên 150 kbps. 3GPP Release 14 cũng giới thiệu các công nghệ định vị tiên tiến cho NB-IoT như OTDOA (Observed Time Difference of Arrival) và E-CID (Enhanced Cell ID), cả hai đều cải thiện độ chính xác của vị trí.

Ngoài ra, 3GPP Release 14 có tính năng tái thiết lập kết nối Kiểm soát tài nguyên vô tuyến (Radio Resource Control – RRC) cho các thiết bị NB-IoT. Tính năng này cho phép các thiết bị NB-IoT chuyển kết nối di động của chúng từ ô này sang ô khác khi thiết bị di chuyển giữa các ô mà không cần phải bắt đầu lại quá trình truyền này nếu thiết bị gặp sự cố liên kết vô tuyến (rớt mạng). RRC giúp bạn có thể sử dụng các thiết bị NB-IoT Release 14 cho người đi bộ, đi xe đạp và các loại ứng dụng di động tương tự.

Sự khác biệt giữa NB-IoT và LTE-M là gì?

Mặc dù giống nhau về nhiều mặt, nhưng có một số khác biệt quan trọng giữa NB-IoT và LTE-M.

LTE-M cung cấp tốc độ dữ liệu nhanh hơn NB-IoT, cũng như độ trễ thấp hơn (lượng thời gian cần thiết để thiết bị kết nối với mạng và gửi hoặc nhận tin nhắn). Những khả năng này cho phép LTE-M hỗ trợ liên lạc bằng giọng nói bên cạnh việc truyền dữ liệu, cũng như các ứng dụng IoT cần nhiều liên lạc theo thời gian thực hơn. Ngoài ra, LTE-M cung cấp hiệu suất tốt hơn nhiều cho các ứng dụng IoT di động so với NB-IoT, bất chấp các nâng cấp về tính di động được tìm thấy trong Cat-NB2.

Tốc độ nhanh hơn của LTE-M cũng làm cho nó tốt hơn cho các ứng dụng IoT đòi hỏi nhiều dữ liệu hơn. Ngoài ra, LTE-M, với tư cách là một phần mở rộng tự nhiên của 4G LTE, được hưởng lợi từ việc chuyển vùng ngoại tuyến, tức là khả năng sử dụng thẻ SIM từ một nhà khai thác mạng khác ở nước ngoài.

Narrowband IoT (NB-IoT) tận dụng công nghệ điều chế DSSS và công nghệ trải phổ LTE cho kết nối. Mặc dù cả LTE-M và NB-IoT đều cung cấp vùng phủ sóng tốt hơn so với các công nghệ khác. NB-IoT cung cấp phạm vi phủ sóng tốt hơn LTE-M trong nhà kho, tòa nhà văn phòng và các địa điểm dưới lòng đất, nơi mất tín hiệu và nhiều lớp vật cản có thể dẫn đến sự cố kết nối.

Những ưu điểm này khiến NB-IoT trở thành lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng IoT đơn giản, hỗ trợ một số lượng lớn thiết bị thông lượng thấp, độ nhạy kém, tiêu thụ ít điện năng.

Giống như LTE-M, NB-IoT có thể được triển khai trong băng tần của nhà cung cấp dịch vụ LTE thông thường, hoặc độc lập trong phổ chuyên dụng. Ngoài ra, NB-IoT cũng có thể được triển khai trong dải tần an toàn của nhà mạng LTE. Các mô-đun chế độ kép (dual mode) hỗ trợ cả NB-IoT và LTE-M sẽ được cung cấp trong tương lai.

Các ứng dụng của NB-IoT

NB-IoT rất phù hợp cho các trường hợp sử dụng IoT không yêu cầu tốc độ dữ liệu cao, độ trễ thấp và tính di động cao, nhưng chi phí thấp, phạm vi phủ sóng mạnh, dung lượng rất rộng và tiêu thụ năng lượng thấp.

• Thiết bị đo thông minh (điện, gas và nước)
• Đỗ xe, quản lý chất thải, chiếu sáng đường phố và các ứng dụng thành phố thông minh khác
• Các ứng dụng tự động hóa trong nhà và tòa nhà
• Các ứng dụng giám sát cây trồng, vật nuôi và các ứng dụng nông nghiệp khác…

NB-IoT có phải là 5G không?

NB-IoT và LTE-M ban đầu được phát triển cho tiêu chuẩn 4G LTE. Tuy nhiên, 3GPP, nhóm tiêu chuẩn chịu trách nhiệm về 5G cũng như các tiêu chuẩn NB-IoT và LTE-M, đã biến NB-IoT và LTE-M trở thành một phần của tiêu chuẩn 5G.

Trên thực tế, chúng là các tiêu chuẩn duy nhất mà 3GPP có kế hoạch hỗ trợ cho các trường hợp sử dụng LPWA, đòi hỏi chi phí thấp, điện năng thấp, công suất cao và tiêu thụ năng lượng thấp. Ngoài ra, giống như NB-IoT và LTE-M có thể hoạt động trong băng tần với công nghệ LTE, vì vậy chúng cũng có thể hoạt động trong băng tần với các công nghệ 5G mới (như 5G New Radio (NR)).

Phạm vi phủ sóng NB-IoT khả dụng ở đâu?

Theo danh sách này từ GSMA, một tổ chức công nghiệp đại diện cho lợi ích của các nhà khai thác mạng di động  (Mobile Network Operators – MNOs) , 103 mạng NB-IoT đã được triển khai trên khắp thế giới tính đến tháng 2 năm 2021.

Ngoài ra, bản đồ này từ GSMA cho thấy vùng phủ sóng mạng NB-IoT quốc gia hiện khả dụng ở Hoa Kỳ, Canada, Brazil, Argentina, Trung Quốc, Úc, Nam Phi và hầu hết châu Âu.

Phạm vi phủ sóng NB-IoT