LTE筆記: IoT~1, NB-IoT是行動網路還是物聯網?

就和所有的科技進展一樣,
首先, 有一個漂亮的標題或是願景, 像是: 萬物聯網,
然後, 是各式各樣的通訊技術的競爭與合作,
直到最後, 我們才找到一組可行的通訊協定,
推廣, 普及, 從發想到實踐, 大概是10年,

IoT不是新概念, 從電腦開始, 到智慧家電, 以及最後的萬物聯網, 都是IoT的應用

http://monipag.com/antoine-michel/iot-conclusion/

物聯網 (Internet-of-Things, IoT) 也是相同的概念,
事實上, 此概念並不新, 在WiFi網路中, ad-hoc網路就曾經是熱門話題,
低功率應用, 從當年Zigbee, Bluetooth兩家爭搶,
到現在LoRa (Long Range), Bluetooth, WiFi互相爭奪市場與應用,
但是, 市場依然沒有像當年預想的普及,
實際的應用範例反而偏向工業上的物流管理等專業的場域,
而現在3gpp加入戰場, 讓IoT的議題更受矚目,
也希望憑著3gpp聯盟廠商間更緊密的關係,
能夠藉由一致的標準, 快速提供低價且普及的IoT接取,

然而, 問題在於:
行動網路 (cellular network) 的架構並不適合物聯網 (IoT).

我們可以先回到原本行動網路的設計框架, 來想想為什麼IoT會遇到困難,

首先, 行動網路原本設計給個人語音通訊使用,
對於語音通訊來說, 你必須確保移動性, 安全性以及連續性,
因此, 在LTE網路中, 每一個使用者有一個特殊的ID (事實上是多個ID),
同時在核心網路 (core network) 中, 也會同步所有裝置的狀態.

第二點, 原本LTE的架構就是為了高速資料傳輸,
不論是OFDMA的選用, 或是資源分配的演算法, 都為了傳送速率最最佳化,
舉例來說, 在LTE Cat. 1中定義的下載速率是10 Mbps,
更高的下載速率意味著更高的解調變需求, 例如運算時脈與時脈偏差,
也將推升終端裝置的成本.

第三點, 在行動網路, 或者更明確的, 蜂巢式網路 (cellular network) 架構下,
由基地台來連接各終端裝置, 提供上下行的通訊服務,
這樣架構的好處當然是推廣成本低,
但是, 另一方面, 由於終端裝置到基地台的距離,
將導致上行資料需要大量傳輸功率,
同時, 一個基地台必須服務數十個, 甚至百個終端裝置,

接著, 我們可以看看IoT的應用情境:
大量的裝置, 意味著大量的定址需求,
少量的通訊量, 週期性的需求, 代表on demand的scheduling是多於成本,
低成本的硬體, 代表原本OFDMA的裝置可能太複雜也太貴,
低功耗長時間使用, 原本LTE中的休眠機制只在跨基地台中實現, 必須重新設計.

根據以上IoT和行動網路的差異,
3gpp也提出了一些應對方式,
首先, 3gpp在R12, 為了IoT裝置 (R13稱為Machine Type),
定義了Cat. 0, 把通訊需求降到1 Mbps, 同時簡化成SISO架構,
同時, 3gpp也考慮重複利用2G網路 (GSM) 的架構,
在現在2G網路退場的時機, 利用GSM的通訊框架或是頻寬,
提供IoT的通訊服務.