Introducción a NB-IoT de STM32

Internet de las cosas de banda estrecha (NB-IoT), NB-IoT se basa en la red celular, solo consume alrededor de 180 KHz de ancho de banda, usa la banda de frecuencia de la licencia y se puede implementar de tres maneras: en banda, banda de protección o independiente operador Coexistir con las redes existentes. Se puede implementar directamente en la red GSM, la red UMTS o la red LTE para reducir el costo de implementación y lograr una actualización sin problemas.

Generalmente, dividimos los dispositivos IoT en tres categorías:

　　① Sin necesidad de movilidad, gran volumen de datos (enlace ascendente) y una banda de frecuencia más amplia, como las cámaras de vigilancia de la ciudad.

　　② Gran movilidad, cambios frecuentes, pequeño volumen de datos, como la gestión de seguimiento de flotas.

　　③Sin movilidad, pequeño volumen de datos, no sensible a la demora, como la lectura de medidores inteligentes.

NB-IoT nació para hacer frente al tercer tipo de dispositivos IoT.

2. Características

(1) Ventajas

Súper cobertura : En comparación con GPRS, aumenta la ganancia de la señal en 20db. Bajo la misma banda de frecuencia, NB-IoT tiene una ganancia de 20dB en comparación con la red existente, lo que puede cumplir mejor con los requisitos de cobertura profunda, como áreas de fábricas, pozos de tuberías y tapas de alcantarillas.
Consumo de energía ultra bajo : el objetivo para el consumo de energía del terminal es: basado en baterías AA (5000 mAh), la vida útil puede exceder los 10 años. El módulo está en un estado inactivo en tiempos normales, y puede despertarse automáticamente y cargar datos de acuerdo con la configuración del programa todos los días.Si no se recibe el comando solicitado, el módulo entrará automáticamente en inactividad y el tiempo de espera del módulo terminal puede durar hasta 8 años.
Conexión súper grande : un sector puede admitir decenas de miles de conexiones, lo que admite sensibilidad de baja latencia, costo de equipo ultrabajo, bajo consumo de energía del equipo y arquitectura de red optimizada. La misma estación base puede proporcionar de 50 a 100 veces más accesos que las tecnologías inalámbricas existentes.
Costo ultrabajo : NB-IoT no necesita reconstruir la red, y la frecuencia de radio y la antena están básicamente multiplexadas.

(2) Desventajas

Transferir menos datos . Basado en el mecanismo de bajo consumo de energía, está destinado a que NBIoT solo pueda transmitir una pequeña cantidad de datos al extremo remoto. Por lo tanto, en la aplicación formal, el número de bytes transmitidos en una sola transmisión es pequeño o el intervalo entre los datos de transmisión son largos. Por ejemplo, los medidores de agua y gas inteligentes generalmente transmiten datos cada 24 horas. Esto significa que las aplicaciones de la industria que se basan en el análisis de datos en tiempo real son difíciles de promover esta tecnología. Además, existe la molestia de reemplazar la batería al final de su vida útil.
Los costos de comunicación son caros . En la actualidad, los módulos de comunicación NBIoT siguen siendo relativamente caros. Los principales fabricantes de chips incluyen Ziguang Zhanrui, Huawei HiSilicon y MediaTek. Un módulo NBIoT cuesta entre 20 y 50 yuanes. En términos de tráfico de comunicaciones, Telecom cuesta 20 yuanes al año, que es relativamente barato durante más de un año. El precio minorista de un medidor de agua y electricidad es de solo uno o doscientos yuanes, y el módulo NBIoT consume gran parte del costo.
La tecnología aún no ha madurado . Aunque los principales operadores de China afirman haber invertido una gran cantidad de recursos humanos, materiales y financieros en la construcción relacionada, la tecnología NBIoT aún no está muy madura. Es cierto que detrás de la plataforma de telecomunicaciones en la nube está Huawei como soporte técnico, y su fortaleza es fuerte, se presume que la tecnología madurará y se estabilizará en un futuro cercano.
El acoplamiento de la plataforma es difícil . La plataforma IOT de Telecom utiliza el protocolo CoPA y el acoplamiento del protocolo CoPA es complicado. Aunque la información sobre la plataforma IoT de Huawei Telecom está completa, aún lleva mucho tiempo conectarse con la plataforma abierta de telecomunicaciones.

3. Principales aplicaciones actuales

Servicios públicos: contadores de agua inteligentes, servicios de agua inteligentes, contadores de gas inteligentes y contadores de calor inteligentes.
Ciudad inteligente: estacionamiento inteligente, alumbrado público inteligente, botes de basura inteligentes y cubiertas de sótano inteligentes.
Electrónica de consumo: dispositivos portátiles independientes, bicicletas inteligentes, sistemas de gestión de enfermedades crónicas, gestión de ancianos y niños.
Gestión de equipos: seguimiento del estado de los equipos, gestión de electrodomésticos, grandes infraestructuras públicas, seguimiento de la seguridad de la galería de tuberías.
Edificios inteligentes: sistema de alarma ambiental, supervisión central de aire acondicionado, ascensor Internet de las cosas, cobertura de espacio de defensa aérea civil.
Logística de comando: logística de cadena de frío, seguimiento de contenedores, seguimiento de activos fijos, seguimiento de activos financieros.
Agricultura y medio ambiente: Internet agrícola de las cosas, cría de animales, monitoreo en tiempo real del aire, monitoreo en tiempo real de la calidad del agua.
Otras aplicaciones: pago móvil, comunidad inteligente, hogar inteligente, protección de reliquias culturales

En la actualidad, las bandas de frecuencia domésticas NB-IoT operan principalmente en las bandas de frecuencia B5 y B8.

2. Método de implementación de NB-IOT

NB-IoT admite tres métodos de implementación: en banda (en banda), banda de protección (banda de protección) y (independiente).

1. Funcionamiento autónomo (Funcionamiento autónomo) denominado ST

No depende de LTE y puede desacoplarse completamente de LTE.

No es adecuado para reorganizar la banda de frecuencia GSM. El ancho de banda del canal GSM es de 200 KHz, lo que deja espacio para el ancho de banda de 180 KHz de NB-IoT, y hay un intervalo de protección de 10 KHz en ambos lados.

2. Operación de banda de guarda (operación de banda de guarda) denominada GB

No ocupa recursos LTE.

El bloque de recursos se obtiene utilizando el ancho de banda de 180 KHz no utilizado en la banda de frecuencia de protección de borde LTE.

3. Operación dentro de banda (Operación dentro de banda) denominada IB

Ocupa 1 recurso PRB de LTE.

Puede ser el mismo PCI que LTE, o puede ser diferente de LTE.En términos generales, si se usa el método IB, tiende a configurarse en el mismo PCI que LTE (¿cuál es el problema? Primero, NB también tiene PCI , por lo que es factible la misma red de frecuencia. , a diferencia de GSM, la segunda es que también hay 504 PCI, y la planificación PCI de LTE se puede reutilizar, y la tercera es que la generación y las funciones de PCI son básicamente las mismas) .

3. Estado de trabajo

1. Conectado (estado conectado, estado de trabajo)

El módulo está en este estado después del registro y acceso a la red, y puede enviar y recibir datos.Después de un período de tiempo sin interacción de datos, entrará en el modo inactivo, y el tiempo es configurable.

2. Inactivo (estado inactivo, estado de suspensión ligera)

Puede enviar y recibir datos, y entrará en el estado Conectado cuando reciba datos de enlace descendente, y entrará en el modo PSM cuando no haya interacción de datos durante un período de tiempo, y el tiempo es configurable. El estado inactivo se puede configurar para ejecutar el modo DRX o eDRX.

3. PSM (estado de ahorro de energía, estado de suspensión profunda)

No puede recibir ni enviar datos. En este modo, el terminal apaga el transceptor y no monitorea la búsqueda en el lado inalámbrico. Por lo tanto, aunque todavía está registrado en la red, la señalización es inalcanzable, los datos del enlace descendente no se pueden recibir. , y la potencia es muy baja. La duración la configura la red central (T3412), y entrará en el estado Conectado cuando haya datos de enlace ascendente para transmitir o cuando finalice el período TAU.

4. Hay una cierta relación de cambio entre los tres estados.

Después de conocerlo, tendrá una mayor comprensión del uso de NB, que se resume a continuación:

(1) El terminal está en el estado Conectado después de enviar datos e inicia el "temporizador de inactividad", el valor predeterminado es de 20 segundos y el rango configurable es de 1 s ~ 3600 s;

(2) Cuando el "Temporizador de inactividad" expira, el terminal entra en estado inactivo y se inicia el temporizador activo (Active-Timer [T3324]), y el rango de configuración del tiempo de espera es de 2 segundos a 186 minutos;

(3) Cuando el temporizador activo expira, el terminal ingresa al estado PSM y al final del período TAU ingresa al estado Conectado. El rango de configuración del período TAU [T3412] es de 54 minutos a 310 horas.

(4) El ciclo TAU se refiere al período desde Idle hasta el final del modo PSM.

4. Modo de trabajo (tecnología de ahorro de energía NB-IoT)

1. Modo DRX (recepción discontinua)

DRX (recepción discontinua) es recepción discontinua, lo que significa que el terminal solo enciende el receptor para ingresar al estado activo durante el período de tiempo necesario para recibir datos de enlace descendente, y apaga el receptor para ingresar al estado de suspensión durante el período de tiempo restante para dejar de recibir datos de enlace descendente Un modo de trabajo que ahorra el consumo de energía del terminal.

DRX es un modo de trabajo que ahorra el consumo de energía del terminal. Su principio básico es dejar que el módulo entre en modo de suspensión periódicamente; durante el período de suspensión, el módulo no monitoreará el PDCCH y apagará la unidad transceptora para reducir su potencia. consumo.
DRX funciona en estado inactivo y reduce el consumo de energía del módulo al monitorear periódicamente la paginación en estado inactivo. Sin embargo, los parámetros DRX están determinados por la red y el módulo no puede modificar ni sugerir modificaciones en la red.

Aviso:

(1) Durante el período de activación, el UE encenderá el receptor, buscará el canal y juzgará si hay un servicio de enlace descendente.

(2) El rango de valores del ciclo NB-IoT DRX es: 1,28 s, 2,56 s, 5,12 s o 10,24 s.

(3) Después de determinar la duración del ciclo DRX:

Cuanto más largo sea el período de activación, más oportuno será el procesamiento del servicio, pero el receptor funciona durante mucho tiempo en el mismo ciclo y el UE consume más energía.
Cuanto más corto sea el período de activación, más energía ahorra el UE (dispositivo), pero cuanto más tiempo permanezca apagado el receptor en el mismo ciclo, mayor será la demora del servicio.

Requisitos de alta latencia para los servicios de enlace descendente, como el alumbrado público.

2. Modo eDRX (recepción discontinua extendida)

Para ahorrar el consumo de energía del terminal y cumplir con ciertos requisitos de demora del servicio de enlace descendente, 3GPP introdujo el concepto de DRX extendido (DRX extendido, eDRX).

El propósito de eDRX es el mismo que el de DRX, que es reducir el consumo de energía al permitir que el módulo entre en estado de suspensión periódicamente.

El principio básico es dividir el estado inactivo en un período de paginación y un período inactivo: en el período de paginación, el modo de trabajo del módulo es consistente con LTE DRX; en el período inactivo, el módulo no monitorea la paginación de enlace descendente. En comparación con DRX, eDRX puede admitir un ciclo de paginación más largo para reducir aún más el consumo de energía.
En el modo eDRX, el módulo solo monitorea la paginación de enlace descendente y recibe servicios de enlace descendente de acuerdo con el ciclo DRX en PTW (encender el receptor); si se envían datos al módulo durante el período de suspensión, el módulo no puede recibirlos a tiempo, y solo puede esperar hasta que termine el ciclo actual de eDRX Ingrese PTW nuevamente para monitorear la paginación. Por lo tanto, en el modo eDRX, la reducción del consumo de energía del módulo es a "costo" del rendimiento en tiempo real. En la aplicación real, es necesario determinar el ciclo eDRX apropiado y el valor de PTW de acuerdo con el modelo comercial para lograr un equilibrio entre Consumo de energía y rendimiento en tiempo real.

Existen altos requisitos para el retraso del servicio de enlace descendente, y los mensajes se pueden almacenar en caché o enviar de inmediato según si el dispositivo está en estado inactivo, como los dispositivos portátiles inteligentes.

3. Modo PSM (modo de ahorro de energía)

El principio técnico de PSM (modo de ahorro de energía) es muy simple. En este estado de PSM, la frecuencia de radio del terminal está apagada, lo que equivale al estado de apagado. El terminal duerme profundamente durante el horario no comercial y no recibe enlace descendente. Solo cuando el terminal envía activamente datos de enlace ascendente (datos MO) puede recibir datos de enlace descendente almacenados en caché por la plataforma IoT.

El proceso de ingreso del módulo a PSM:

Cuando el módulo establece una conexión con la red o la actualización del área de seguimiento (TAU), la red enviará las configuraciones de los temporizadores T3324 y T3412 al módulo, y el UE iniciará los temporizadores T3324 y T3412 después de ingresar al estado inactivo. Cuando el temporizador T3324 expira, el módulo ingresa a PSM.
Cuando el módulo se está conectando a la red o inicializando la PDN (Red Pública de Datos) para servicios de emergencia, no puede solicitar ingresar al PSM.
Cuando el módulo está en modo PSM, cerrará las actividades de conexión de red, incluida la búsqueda de información de celda, la reselección de celda, etc. Pero el temporizador T3412 (relacionado con la actualización periódica de TAU) sigue funcionando.

El módulo sale de PSM (cualquiera de las siguientes formas):

Después de que expire el temporizador T3412, el módulo saldrá de PSM automáticamente.
Cuando el módulo está en modo PSM, despliegue PSM_EINT (flanco descendente) para activar el módulo desde PSM.

Aviso:

(1) Cuando el terminal ingresa al estado PSM y la duración de permanecer en el estado PSM se negocia entre la red central y el terminal.

(2) Ingrese al modo PSM, aunque el UE ya no recibe mensajes de búsqueda, parece que el dispositivo y la red están fuera de contacto, pero el dispositivo aún está registrado en la red, de modo que cuando el UE se despierta del sueño, puede realizar datos sin volver a registrar la red de envío y recepción.

(3) Si PSM quiere activarse, puede activarse a través de una activación externa o un ciclo por sí mismo. La activación externa se usa comúnmente para la activación de interrupción RTC (por ejemplo: MT2625 utiliza activación RTC externa). El período de activación periódica está configurado por el operador de red central para la tarjeta NB IoT Excitación sexual.

(4) La diferencia entre la activación automática de PSM y la activación externa RTC_ENIT:

En el estado PSM, después de despertarse mediante RTC_EINT, si el sistema no tiene otras tareas, reanudará el estado PSM inmediatamente. Si hay otras tareas para ejecutar, la tarea se ejecutará. Después de la ejecución de la tarea, si la activación automática aún no ha expirado, continuará reingresando al modo PSM inmediatamente.
Si se activa automáticamente cuando finaliza el período, mantendrá el tiempo activo y luego volverá a ingresar al estado PSM. Y Active Time puede continuar el enlace ascendente y descendente de los servicios.

El módulo consume muy poca corriente en PSM (consumo de corriente típico: 3,5 μA) . Diagrama de consumo de energía:

4. La diferencia entre los tres modos de DRX, eDRX y PSM

(1) En el modo DRX, el módulo monitorea el canal de paginación una vez en cada ciclo DRX, y el consumo de energía es mayor que el de eDRX y PSM.

(2) eDRX significa que el módulo sigue encendiendo y apagando el receptor. Los datos se pueden recibir cuando el receptor está encendido y los datos no se pueden recibir cuando el receptor está apagado; el ciclo eDRX consta de dos períodos completos de apagado y encendido del receptor, y la duración de la configuración admitida es de 20,48 s ~ 2.92 h. eDRX consume menos energía que DRX.

(3) En comparación con eDRX, PSM tiene una frecuencia más baja de encendido y apagado del receptor, que puede ser tan baja como encender el receptor una vez cada pocos días. Durante el período de PSM, el módulo solo puede recibir datos cuando el receptor está encendido y no puede recibir datos de enlace descendente cuando el receptor está apagado. En el modo PSM, el consumo de energía está solo en el nivel de microamperios, y el terminal puede lograr un consumo de energía extremadamente bajo en este modo de trabajo.

conexión de referencia

https://blog.csdn.net/Sanjay_Wu/article/details/83895259

https://blog.csdn.net/qq_44981039/article/details/116745796

El conocimiento NB-IoT más completo de la historia, lo que todo comunicador debe saber_NB-IoT Internet of Things Blog-CSDN Blog

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Hablando del blog de NBIOT_Sanjay_Wu - Blog de CSDN

Explicación detallada del modo de trabajo NBIOT (módulo BC26)_modo nbiot_Blog de JavonPeng-Blog CSDN