Счётчик воды в подвале многоквартирного дома, датчик протечки под полом склада, датчик заполнения контейнера на площадке — всем им нужно раз в сутки или реже передать несколько показаний, и при этом долго работать без замены батарейки. Обычная мобильная связь для такой работы нередко избыточна, а сигнал до подвала доходит не всегда. Под такие устройства и сделан стандарт NB‑IoT.

Коротко

• NB‑IoT — стандарт сотовой связи для устройств, которые редко передают небольшие объёмы данных: счётчиков, датчиков, контроллеров.
• Сеть NB‑IoT работает на базовых станциях сотового оператора, но устройству нужен специальный модуль с поддержкой стандарта.
• Модуль большую часть времени спит, поэтому при редком обмене данными устройство может годами работать от одной батарейки.
• Сигнал NB‑IoT лучше проходит в подвалы, колодцы и другие труднодоступные места, чем обычная мобильная связь.
• Для видео, голосовых звонков и устройств, которые быстро перемещаются и постоянно передают данные, либо объём этих данных большой, NB‑IoT не подходит.

Что такое NB‑IoT

NB‑IoT (Narrowband Internet of Things — узкополосный интернет вещей) — стандарт сотовой связи, который консорциум 3GPP, разрабатывающий стандарты мобильной связи, выпустил в 2016 году специально для интернета вещей. Отдельных вышек именно для NB‑IoT обычно нет, оператор выделяет под него узкую полосу частот на тех же базовых станциях, что обслуживают смартфоны.

Всё самое важное в этом стандарте объясняет слово «узкополосный». Обычный LTE передаёт данные в широком канале, отсюда и высокая скорость. NB‑IoT занимает полосу около 200 кГц, то есть в десятки раз уже. Скорость при этом падает до десятков килобит в секунду, но счётчику, который отправляет несколько чисел в сутки, больше и не нужно.

Об IoT‑сетях в целом и о том, какие ещё технологии используют для подключения устройств, мы рассказали в статье о том, что такое IoT‑сеть.

Как работает сеть NB‑IoT

Данные идут по цепочке. Счётчик просыпается и отправляет показания на ближайшую базовую станцию, оттуда они уходят в сеть оператора, а затем на платформу, где их видит компания.

Узкий канал и экономный режим работы модуля дают NB‑IoT три свойства, ради которых его и выбирают.

Экономия батареи

Модуль NB‑IoT, который находится в самом устройстве, не поддерживает связь постоянно. Отправив данные, он переходит в режим глубокого сна (в стандарте он называется PSM, Power Saving Mode — режим энергосбережения) и почти не расходует энергию. Просыпается он по расписанию, например раз в сутки, передаёт показания и снова засыпает. Есть и промежуточный режим eDRX (extended Discontinuous Reception — расширенный прерывистый приём), когда устройство изредка «прислушивается» к сети, чтобы получить команду.

Благодаря такому «сну» устройство и может годами работать от одной батарейки. Правда, только при редком обмене. Если настроить датчик на передачу каждые несколько минут, батарейка сядет намного быстрее, и стандарт тут не поможет. Срок работы определяется частотой передачи, ёмкостью батареи и качеством сигнала в месте установки.

У экономии есть обратная сторона. Пока модуль спит, отправить ему команду и сразу получить ответ нельзя, он примет её, только когда проснётся. Поэтому NB‑IoT хорошо подходит для регулярного сбора показаний и хуже для оборудования, которым нужно управлять в реальном времени.

Связь в труднодоступных местах

Чем уже канал, тем меньше шума (помех) в нём собирается, и тем слабее сигнал, который модуль ещё способен разобрать. К тому же при слабом сигнале NB‑IoT может несколько раз повторять передачу одних и тех же данных, и это помогает приёмнику восстановить сообщение. Поэтому связь NB‑IoT нередко доходит туда, где смартфон показывает «нет сети», например в подвалы, приямки и колодцы.

Правда, гарантировать связь в каждом подвале нельзя. Толстые бетонные перекрытия и большое расстояние до базовой станции ослабляют и этот сигнал, поэтому перед массовой установкой следует проверять устройства на месте.

Много устройств на одной станции

Каждое устройство передаёт мало и редко, поэтому одна базовая станция способна обслуживать очень большое их число. Для оператора это значит, что можно подключить счётчики во всех квартирах района, не перегружая сеть для смартфонов.

Чем NB‑IoT отличается от обычной мобильной связи и LTE‑M

Все три варианта работают через сеть оператора и сим‑карту. Разница в том, под какую задачу они рассчитаны.

Если у устройства есть розетка и ему нужно передавать больше данных (касса, охранная панель, камера), подойдёт обычная мобильная связь по тарифу для интернета вещей. Если устройство движется (трекер на транспорте), нужна обычная связь или LTE‑M (специальная версия сотовой связи 4G/LTE, созданная для интернета вещей), при условии что оператор поддерживает его в нужном регионе. NB‑IoT выигрывает там, где устройство стоит на месте, питается от батарейки и передаёт данные редко.

Где применяют NB‑IoT

Чаще всего NB‑IoT встречается в учёте ресурсов и в датчиках, которые ставят «раз и надолго».

• Счётчики воды, газа, тепла и электроэнергии, которые сами передают показания управляющей или ресурсоснабжающей компании.
• Датчики протечки, температуры и открытия двери в подвалах, на складах и в технических помещениях.
• Датчики заполнения мусорных контейнеров, чтобы машина приезжала, когда бак полный, а не по графику.
• Контроль температуры и влажности в складах и теплицах.
• Мониторинг инженерного оборудования: насосов, задвижек, трансформаторных подстанций.

Для малого бизнеса это чаще готовое решение, а не самостоятельная сборка. Управляющая компания, например, покупает счётчики с модулем NB‑IoT и сразу с платформой, где видны показания.

Кому NB‑IoT не подойдёт

Стандарт узкий по назначению, и об ограничениях лучше знать до покупки устройств.

• Видеонаблюдению. Скорости не хватит даже на видео в низком разрешении, камерам нужна обычная мобильная связь или проводной интернет.
• Голосовой связи. Тревожную кнопку с громкой связью или домофон на NB‑IoT не сделать.
• Трекерам, которые должны постоянно передавать координаты машины в пути. NB‑IoT плохо держит связь, когда устройство быстро перемещается между базовыми станциями. Для медленно перемещающихся грузов NB‑IoT использовать можно, если данные передаются редко и допустимы перерывы в связи.
• Устройствам, которым нужно мгновенно получать команды. Даже без сна доставка сообщения в NB‑IoT может занимать несколько секунд, а спящий модуль откликается ещё позже, поэтому управлять, скажем, шлагбаумом в реальном времени через NB‑IoT неудобно.
• Местам без покрытия NB‑IoT. Обычная сеть оператора в точке установки ещё не означает, что там есть NB‑IoT.

Сети NB‑IoT в России

NB‑IoT работает в лицензируемых частотах, то есть его развивают операторы сотовой связи. МТС предлагает тарифы для NB‑IoT с конца 2018 года и с тех пор расширяет сеть. На ней работают системы учёта воды и электроэнергии, датчики ЖКХ, мониторинг промышленного оборудования. Собственная сеть NB‑IoT есть и у МегаФона.

В сети МТС NB‑IoT работает в диапазонах 800, 900 и 1800 МГц. Модуль устройства должен поддерживать частоты, на которых работает сеть оператора в нужном регионе.

Национальный стандарт (ГОСТ Р 59026) на протокол NB‑IoT действует в России с 2020 года, а в 2024 году МТС разработала его обновлённую редакцию. Стандарт описывает в том числе два способа передачи данных. В первом устройство работает по IP‑протоколу, как любая техника, подключённая к интернету. Во втором (NIDD, Non-IP Data Delivery — доставка данных без IP) устройство отправляет короткие сообщения через инфраструктуру оператора на платформу компании, не устанавливая обычное IP‑соединение с сервером. Так меньше служебных данных уходит вместе с показаниями, и к устройству сложнее подобраться напрямую из интернета. Но защищённость всей системы по‑прежнему зависит от настроек оборудования и платформы.

Сколько стоит связь NB‑IoT

Тарифы для NB‑IoT устроены иначе, чем мобильные тарифы для смартфонов. Устройство передаёт мало данных, поэтому оператор продаёт небольшие пакеты трафика, часто сразу на год. Подходящий объём зависит от того, как часто устройство выходит на связь и сколько байт отправляет за раз.

При расчёте расходов стоит учитывать не только связь, но и стоимость самих устройств, платформы для сбора данных и их обслуживания.

Как подключить устройство к NB‑IoT

Сам процесс несложный, но порядок важен, иначе можно купить партию счётчиков, которые не заработают на месте.

1. Проверьте модуль. В характеристиках устройства должен быть указан NB‑IoT, а не просто LTE или 4G. Обычный модем к сети NB‑IoT не подключится.
2. Сверьте частоты. Модуль должен поддерживать диапазоны, в которых работает сеть NB‑IoT оператора. Это уточняют у оператора или у поставщика оборудования.
3. Проверьте покрытие в месте установки. Лучше всего поставить одно устройство на пробу там, где будут стоять остальные, особенно если это подвал.
4. Подключите сим‑карту с тарифом для NB‑IoT. Как правило, операторы предлагают для этой сети отдельные тарифы. Для счётчиков и датчиков в сырых подвалах или на вибрирующем оборудовании удобнее чип‑сим, то есть сим‑карта, впаянная в плату. Её не нужно вставлять в лоток, и у неё нет контактов, которые могли бы окислиться.
5. Настройте, куда уходят данные. Показания нужно куда‑то собирать, будь то платформа поставщика счётчиков, облачный сервис или собственный сервер компании.

Решения МТС

Для подключения счётчиков, датчиков и другого оборудования к сети NB‑IoT у МТС есть решения для интернета вещей: сим‑карты и тарифы для устройств, сеть NB‑IoT и инструменты для управления сим‑картами всех устройств из одного кабинета. Они подходят компаниям, которым нужно собирать показания с объектов, где нет розетки и стабильной обычной связи. Для техники с питанием и большим трафиком, например камер, NB‑IoT не подойдёт, им нужна обычная мобильная связь.