モノのインターネット（IoT）は、消費、産業、ヘルスケア、スマートシティなどの分野でさまざまなデバイスを接続するための中核技術となっています。アナリストは、2030 年までに 250 億台を超えるデバイスが信頼性が高くスケーラブルなネットワーク アクセスを必要とすると予測しています。
これらのデバイスを経済効率、省エネ、安定した方法で接続する方法は課題です。{0} Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee、LTE/5G などの従来の無線テクノロジーでは、これらの特定の要求を完全に満たすことはできません。
注意-IoT はこのギャップを埋めることを目指しています。注意-IoT は LTERelease13 で 3GPP によって定義され、後続のバージョンで継続的に最適化されています。これは、認可されたスペクトルで動作する低電力ワイド エリア ネットワーク (LPWAN) です。-注意-IoT は、大規模マシンタイプ通信（mMTC）-をサポートするように特別に設計されています。現在、NB-IoT はスマートシティ、公共事業、物流、農業、ヘルスケアなどの分野に応用されています。
モノのインターネットの拡大によって直面する接続の課題
モノのインターネット (iot) 展開の拡大は、いくつかの重要な課題に直面しています。
消費電力: 多くの IoT (Internet of Things) デバイスはバッテリーで動作しますが、通常、バッテリーの交換に費用がかかるか、現実的ではない場所に設置されます。{0}これらのデバイスは、実際の送信サイクル中に 5 ～ 10 年のバッテリー寿命を必要とします。
サービスエリア: 通常、機器は地下室、トンネル、または田園地帯に設置されます。そこでは Wi{0}}Fi や Low Energy Bluetooth (BLE) などのテクノロジーでは信頼性の高い接続を提供できません。したがって、広範囲のカバー範囲と屋内深くまでの侵入能力が非常に重要です。
コストとスケーラビリティ: 都市部への導入には、数十万の端末ノードが関与する場合があります。機器モジュールは安価でなければならず（1桁ドル）、ネットワークは各基地局が数万台のデバイスを同時に接続できるようにサポートする必要があります。
Wi-Fi は電力消費が多すぎるため、長期間のバッテリー電源には適していません。- BLEやZigbeeの伝送距離には限界があります。 LTE/5G は優れたパフォーマンスを備えていますが、多くのモノのインターネット アプリケーションの典型的な低データ量と低周波数伝送には最適化されていません。-
NB-IoT の技術的基盤
注意-IoT は既存の LTE インフラストラクチャに基づいていますが、それを簡素化することで複雑さと電力消費を軽減します。次の 3 つのモードで動作します。
スタンドアロン ネットワーキング モード: 再割り当てされた GSM スペクトルに導入されます。
-帯域内モード: 既存の LTE 通信事業者のリソース ブロック内にデプロイされます。
プロテクションバンドモード：LTEキャリア間の未使用のプロテクションバンドに導入されます。
NB-IoT 無線モジュールはよりシンプルで安価で、チャネル帯域幅はわずか 180 kHz です。主な機能は次のとおりです。
カバレッジの拡大: 強化されたリンク バジェットにより、地下室や遠隔地などの複雑な環境でも動作できるようになります。
省エネ モード（PSM と eDRX）: デバイスはネットワーク登録ステータスを維持できますが、長時間休止状態のままであり、データ送信が必要な場合にのみ起動します。これにより、アイドル時の消費電力をマイクロアンペアレベルまで削減し、バッテリー寿命を 10 年以上延長することができます。
効率的なスケジューリング: 信号の繰り返しによる狭帯域アップリンクの使用により、小さなデータ ペイロード (バイトからキロバイト) の安定した送信が保証されます。遅延範囲は数百ミリ秒から数秒で、ほとんどのテレメトリ アプリケーションに適しています。
デバイス密度: 単一の NB{0}}IoT セルは最大 50,000 台のデバイスをサポートできるため、高密度の都市展開が可能になります。-
セキュリティ: 注-IoT は、SIM カードベースの認証、暗号化、整合性保護などの強力な 3GPP セキュリティ フレームワークを継承しています。-
スループット: データ速度は数十 kbps で、少量で頻度の少ないデータ送信用に最適化されています。
実用化
インテリジェントな測光
公益事業会社は、NB-IoT テクノロジーの主要な応用分野の 1 つです。 NB-IoT をサポートする水道メーターとガスメーターは、手動による検針に代わって、地下室など屋内の奥まった場所でも確実にデータを送信できます。これにより、請求の精度が向上し、漏洩の検出が容易になり、手動操作が最小限に抑えられます。 Vodafone や他のヨーロッパの通信事業者は、数百万台の NB-IoT スマート メーターを導入しています。
資産追跡と物流
注意-IoT センサーは、環境モニタリングなど、商品の位置と状態を追跡できます。 GPS のみを使用するソリューションと比較して、これらのセンサーのバッテリー寿命は大幅に延長されました。たとえば、チャイナ モバイルは NB-IoT テクノロジーを数千台のコールド チェーン トラックに導入し、貨物の損失を 15% 以上削減しました。
環境モニタリング
都市は大気質、騒音公害、水位を監視するために NB{0}}IoT センサーを導入しています。インドでは、NB-IoT 水位センサーで洪水警報を発することができ、低メンテナンスコストと地方自治体-規模の導入という点でこのテクノロジーの可能性が実証されています。
インテリジェントなインフラストラクチャ
注意-IoT はスマート街路灯、パーキング メーター、ゴミ箱に統合されています。ウィーンでは、スマート街路灯が NB-IoT を使用して活動状況に応じて照明を調整し、消費電力を 30% 削減しています。スマートゴミ箱は、ゴミ箱がいっぱいになるとゴミ収集サービスに通知するため、ルートが最適化され、燃料が節約されます。
ヘルスケアとウェアラブルデバイス
注意-IoT は、リモート血糖モニター、ペースメーカー、個人用緊急ボタンなどのデバイスに接続できます。地方の遠隔医療パイロット プロジェクトでは、NB-IoT を使用してブロードバンド カバレッジが不十分な地域の患者を監視し、それによって患者が病院を訪れる必要性を減らしています。
農業
土壌水分センサーは、農家が水の使用量を最小限に抑えて作物の収量を増やすための灌漑計画を策定する際に役立ちます。家畜の首輪は動物の位置と健康状態をリアルタイムで追跡できるため、より効果的な群れ管理が可能になります。-
他の低電力ワイドエリア ネットワーク（LPWAN）テクノロジーとの比較-
LoRaWAN と Sigfox は、ライセンス不要のスペクトルで動作する 2 つの主流の LPWAN テクノロジーです。 LoRaWAN は専用ネットワークでの展開に非常に適していますが、Sigfox はネットワーク オペレーターを通じて広範なカバレッジを提供します。ただし、認可されたスペクトル技術と比較すると、どちらも干渉に対して脆弱であり、アップリンク容量や通信事業者による長期サポートの点で制限がある可能性があります。-
対照的に、NB-IoT は認可されたスペクトルを使用し、キャリア グレードの信頼性、グローバル標準化、モバイル ネットワーク オペレータによる長期サポートを提供します。-したがって、NB-IoT は通信事業者が管理するパブリック ネットワークに非常に適していますが、LoRaWAN は通常、プライベート エンタープライズ ネットワークに対してより高い柔軟性を提供します。
エンジニアリング設計の考慮事項
注-IoT は、BLE、Wi-} などの他の無線規格を置き換えるものではなく、補完するものであり、通常はハイブリッド展開でそれらと共存します。エンジニアは NB-IoT の利点と限界を比較検討する必要があります。
遅延: 数秒の遅延は、リアルタイム制御を必要とするアプリケーションには適用されません。-
モビリティ: セル間スイッチングのサポートは制限されているため、注意-IoT は固定デバイスまたは移動性の低いデバイスに最適です。-
スループット: データ速度は数十 kbps に制限されているため、大量のデータを扱うアプリケーションには適していません。{0}}-
通信事業者の依存関係: 適用範囲と機能の利用可能性は通信事業者と地域によって異なります。
注意-IoT を効果的に導入するには、次の側面に特別な注意を払う必要があります。
電池の化学的性質: たとえば、電力パルスの送信をサポートする長寿命リチウム塩化チオニル電池やスーパーキャパシタを使用するなど、慎重に選択する必要があります。{0}
アンテナ設計: 小型アンテナも使用できますが、最高のパフォーマンスを達成するには、地下または金属ケース内に配置する場合は慎重に調整する必要があります。
モジュールの選択: エンジニアは、モジュールの機能とサポートされている周波数帯域をネットワーク オペレーターのインフラストラクチャと一致させる必要があります。
ファームウェアのアップデート: 無線（OTA）アップデートは、エネルギーと帯域幅を節約するために、増分的かつ効率的な方法で実行する必要があります。{0}{1}
新しい NB{0}}IoT 集積回路またはモジュールを開発している場合、T2M にはシリコン検証済み IP- があるため、製品の市場投入までの時間を短縮し、開発リスクを軽減できます。
規制と展開に関する考慮事項
注意-IoT は認可された周波数帯を使用するため、モバイル ネットワーク オペレーターと協力する必要があります。エンジニアは、スペクトルの割り当て、地域の規制、展開許可について精通している必要があります。スペクトル ライセンスにより、予測可能なパフォーマンスが保証され、干渉が軽減されます。これは、パーミッションレス LPWAN ソリューションに比べて大きな利点です。さらに、事業者との契約とサービス レベルの保証は、公益事業、医療、工業などの業界におけるミッション クリティカルな都市レベルの導入にとって重要です。{4}
新興テクノロジーとの統合
注意-IoT は他のテクノロジーとの統合を進めており、強力なハイブリッド ソリューションを作成しています。
ハイブリッド接続: デバイスはクラウド アクセスに NB{0}IoT を使用し、BLE、Matter、Thread などの短距離プロトコルを組み合わせてローカル デバイスの相互運用性を実現できます。-
エッジ インテリジェンス: 注-低電力 AI アクセラレータと統合された IoT デバイスは、データをローカルで処理できます。-たとえば、産業用振動センサーは現場で振動パターンを分析し、異常なアラートのみを送信できるため、帯域幅を大幅に節約できます。-
衛星の統合: 注意-IoT モジュールは、海洋、鉱山、遠隔地の農業アプリケーションに接続を提供するために、地球低軌道 (LEO) 衛星を使用してテストされています。
セキュリティの進化: ポスト量子暗号-の研究は、NB-IoT デバイス上で実行できる軽量で耐量子性のアルゴリズムを開発することを目的としています。-これにより、新たな脅威に対抗するネットワークの能力が強化されます。
インダストリー 4.0: NB-IoT の拡張性と高いエネルギー効率により、状態監視センサー、電力メーター、物流タグなどの高密度センサー ネットワークをスマート ファクトリーに構築できます。
今後の展望
注意-IoT は 5G MTC ロードマップに組み込まれており、その継続的な開発と進化が保証されています。ハイブリッド ネットワーク、エッジ コンピューティング、衛星接続、インダストリー 4.0 との統合により、スケーラブルで低消費電力の IoT エコシステムの基礎テクノロジーとなっています。{4}都市や産業がよりスマートなインフラストラクチャを導入するにつれて、NB{6}}IoT は今後数十年間で強力でコスト効率の高い接続ソリューションになることが期待されています。-
大規模な IoT 導入における NB-IoT- の応用
注意-IoT は、高いエネルギー効率、広いカバレッジ、大規模なスケーラビリティ、強力なセキュリティなど、大規模な IoT アプリケーションの基本要件を満たすように特別に設計されています。{{1}キャリア グレードの世界的に標準化されたソリューションを提供することで、従来の無線プロトコルと独自の LPWAN の間の重要なギャップを埋めます。{4}}
スマートメーター、環境モニタリング、物流、ヘルスケア、農業などの分野での実用化により、さまざまなアプリケーションシナリオでの有効性が証明されています。 NB-IoT は、レイテンシー、モビリティ、スループットの点で制限があるにもかかわらず、大規模でエネルギー効率が高く安全な IoT ネットワークを構築するための重要な補助テクノロジーであり続けています。-
何十億台ものデバイスがネットワークに接続されているため、安定した未来志向のシステムを開発するエンジニアにとって、NB-IoT の長所と短所、導入テクノロジー、統合の可能性を理解することは非常に重要です。{1}
