物联网架构师的 NB-IoT 架构分解

考虑使用窄带物联网 (NB-IoT) 来部署您的物联网数据收集设备？以下是设计人员和工程师需要了解的有关 NB-IoT 架构的内容，以创建不仅有效而且为客户增加价值的产品。

NB-IoT 架构与 LTE-M 的比较

您可能已经注意到，任何有关 NB-IoT 的讨论通常都会提及 LTE-M。两者都是为物联网应用开发的蜂窝低功耗广域 (LPWA) 技术；两者在地理上的不同地方都越来越受到关注。 （如果您希望将 NB-IoT 用于您的产品，请确保您已经考虑了潜在的障碍。）关于如何构建您的 NB-IoT 设备的讨论有时会参考 LTE-M 作为上下文，部分因为NB-IoT架构与LTE-M非常相似。

NB-IoT 和 LTE-M 的主要区别在于：NB-IoT 需要更窄的带宽信道（200 kHz 与 1.4 MHz），并且设备可以部署在非传统频段，包括 LTE 保护频段（目前未使用与主要 LTE 频段相邻的频段）以及物联网特定频段。许多 NB-IoT 部署都被置于保护频带中，因为这是蜂窝公司将未使用的频谱货币化的好方法。 NB-IoT 设备也可以部署在使用任何可用频谱的独立频段中，前提是监管机构批准它，或者在 LTE 频谱分配范围内。我们在上一篇文章中讨论了其他差异。

虽然这为蜂窝运营商和其他网络提供商实施 NB-IoT 网络提供了巨大的灵活性，但它给与漫游有关的设备设计人员带来了一些重大问题。人们使用术语漫游 意思不同，但就本文而言，它意味着能够“发送和接收数据......在其家庭网络的地理覆盖区域之外旅行时”。漫游是 NB-IoT 的长期路线图，但 NB-IoT 标准的灵活性，加上可能访问 NB-IoT 网络的受限设备的局限性，使得漫游在此时几乎不可能写作，出于所有实际目的。因此，使用 NB 构建可以在不同网络上使用的设备实际上比 LTE-M 困难得多（这本身就是一项不小的壮举），因为 NB-IoT 设备必须从一开始就配置为使用特定频段。目前没有可用的模块可以让您在运行时选择您支持的频段，因此您基本上无法在制造时选择所需的频段。虽然这可能会提供一些较小的运营效率，但实际上，即使设备看起来相同，您也会拥有不同的 SKU，并且您在构建设备时必须知道将在哪里使用该设备。

这个问题并不适用于所有（甚至大多数）应用程序，但绝对值得强调。最有可能使用 NB-IoT 的应用是水表和煤气表，或固定位置的传感器——静态资产，旨在让传感器每天通话一次，持续 10 年，仅此而已。在几乎所有这些情况下，您都知道该设备将放置在哪里，并且您没有计划更改其位置。 （在某种程度上，这也是 LTE-M 的一个问题，但它在 NB-IoT 中被放大了。）

NB-IoT 架构的基本部分

NB-IoT 架构类似于 LTE-M。相同的构建块如下：

天线

在大多数情况下，您将与一家电池公司合作来部署您的设备；公司会将其部署在 LTE 频段内或附近，因此您需要使用适用于该频段的天线。

天线是为特定频率而设计的。你不能总是只有一个支持all的天线 可能存在的 NB-IoT 频段，尽管有支持所有主要频段的多频段天线。不过，您将以美元和尺寸为这些天线付费，这对于大多数 NB-IoT 应用来说都至关重要。如果您的 NB-IoT 网络属于标准 GSM 或 LTE 频段，您可以使用常规天线，但对于非传统频段，则需要注意。 （您必须使用的频段由多种因素决定，包括您所在国家/地区的监管结构、蜂窝公司或网络提供商拥有的频谱资产，以及他们选择部署 NB-IoT 的方式。对于 LTE-M，蜂窝运营商通常会使用现有的 LTE 资源块。但对于 NB-IoT，网络运营商可能会将网络置于他们拥有的许可频谱中，这不属于传统蜂窝频段分配。）

NB-IoT 调制解调器（或模块）

接下来，选择调制解调器（也称为模块）。 NB-IoT 芯片组通常内置于模块中，然后您可以将其设计到您的产品中。

您选择的模块应获得 PTCRB（在北美运营）或 GCF（全球认证论坛，供全球使用）的认证。理想情况下，它还应该由手机公司或运营商（如 AT&T 或 Verizon）进行认证，从而减轻您的认证负担。例如，如果您使用的是 Gemalto、u-blox 或 Sierra 的模块，则您需要自己获得运营商认证。相比之下，像 Link Labs 这样的预认证平台可以大大简化部署过程。 （它与我们的 LTE-M 设备基本相同，但固件不同，内部硬件配置略有不同，不会影响我们的客户。）

主持人

主机是真正托管的设备板 你的申请。它是运行您的应用程序的微控制器或微处理器，以及与所有外围设备（如不同传感器）的接口；它还控制模块，或者，在我们的例子中，控制硬件平台。

主机与其他任何事情一样重要（可能更重要，因为它实际上是您的客户付钱给您的）。您必须控制应用程序的功耗，因此低功耗主机应用程序设计与任何无线电中的低功耗特性一样重要。我们的平台通过抽象围绕低功耗模式的许多困难设置，使与无线电部分的交互变得更容易。默认情况下，我们的平台是低功耗的——您在主机端几乎不需要做任何额外的工作来降低无线电的功耗。如果您要使用传统模块，例如 u-blox 或 Sierra，则必须使用 AT 命令在无线电的电源管理上做更多工作。

蜂窝网络

由于您的 IoT 设备仅发送少量数据，因此通常最好使用非基于 IP 的设备通信协议，这与大多数调制解调器通过标准 TCP/IP 与蜂窝网络交互的方式不同。 （您可以将 TCP/IP 与 NB-IoT 一起使用，但您将支付大量数据开销，这与 NB-IoT 的设计目的有点相反。）

NB-IoT 不是部署 IoT 设备的唯一选择，也可能不是最好的。下载此免费白皮书，详细了解哪种类型的低功耗广域网适合您的用例。

所以你有两个选择：使用传统的 TCP/IP 并支付开销，或者设计一个单独的通信协议来去除所有这些附加层。对于选项二，您通常需要自己的蜂窝网络内的专用网络路由，以及您自己的支持此备用协议的设备管理服务器，类似于 Link Labs 提供的服务。我们自己的私有 APN 和 VPN（虚拟私有网络）允许我们使用非 TCP/IP 通信以我们想要的方式路由流量。该元素是 NB-IoT 建议架构的重要组成部分。

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与我们交谈。无论您是使用 NB-IoT、LTE-M 还是考虑其他一些 LPWA 选项，我们都拥有专业知识和技术来帮助您实现设备。如果您现在准备好部署，请向我们询问我们的 LTE Cat-M1 预认证硬件平台，它可以加快您的设备上市时间。我们还将很快推出基于相同硬件设计的 NB-IoT 平台，该平台可以让您更轻松地设计和构建 NB-IoT 设备。

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