APPROFONDIMENTO

Anticipare il 5G: NB IoT

Anticipare il 5G: NB IoT
 

La soluzione NB-IoT (Narrow-Band Internet of Things), le cui specifiche tecniche  saranno rilasciate entro il primo semestre 2016 in ambito 3GPP, consentirà di indirizzare secondo uno standard condiviso e riconosciuto a livello mondiale le applicazioni di Internet of Things su reti 4G, quali smart meters (p.es. contatori del gas, dell’acqua e dell’energia elettrica), logistica e numerosi casi di applicazione che potranno ampliarne le economie di scala. Tali applicazioni sono caratterizzate da un numero di terminali potenzialmente molto più elevato rispetto al numero di terminali tipicamente presenti in una rete radiomobile e da requisiti molto peculiari, per esempio in termini di costi molto bassi del modulo radio, capacità trasmissiva ridotta a quanto necessario per gli use case di interesse, estensione di copertura radioelettrica ed incremento del tempo di vita della batteria.
Lo standard NB-IoT rientra nell’evoluzione delle reti LTE (3GPP release 13) che gestiranno anche altri casi di applicazioni M2M come ad esempio le smart grid, fleet tracking, wearables, connected car, industry 4.0. Si tratta quindi di uno standard voluto da tutta l’industria del settore e che potrà quindi beneficiare di grande economia di scala a livello mondiale.
Nel seguito sono elencati i principali requisiti della soluzione NB-IoT:

  • Prestazioni di copertura radioelettrica in grado di garantire la propagazione del segnale anche da e verso sensori dislocati in seminterrati e racchiusi in contenitori metallici. Sul piano tecnico, il requisito sulla copertura si traduce in un miglioramento delle prestazioni rispetto a quelle della rete GSM/GPRS e comporta un incremento del parametro MCL (Maximum Coupling Loss) di 20 dB  con un valore target risultante di 164 dB;
  • Numero di sensori pari ad almeno 50 mila per ciascun settore di un sito radiomobile con canale di 180 kHz [3GPP Technical Report TR 45.820];
  • Data rate bidirezionale minimo pari a 160 bit/s/sensore, in grado di soddisfare i requisiti di capacità di trasmissione nelle condizioni più svantaggiose in cui si può trovare un sensore. A livello dimensionale le reti garantiranno a bordo cella bit rate dell’ordine di 1 kbps con picchi fino a 250 kbps in buona copertura;
  • Alta efficienza energetica, in grado di garantire un consumo energetico molto inferiore rispetto all’attuale tecnologia dei meter di prima generazione.
    Nel caso di moduli NB-IoT dotati di batteria, infatti, si stima una vita utile della stessa superiore a 10 anni;
  • Bassa complessità ingegneristica (e conseguente costo contenuto del dispositivo), inferiore a quella degli attuali terminali M2M basati sullo standard GPRS (Release 3GPP 1997), con un valore target di costo del modulo di comunicazione di circa 5$ che potrà beneficiare di ulteriori margini di riduzione a seguito del raggiungimento di economia di scala mondiali;
  • Uso delle bande radio già licenziate che consentono all’Operatore di garantire la qualità del servizio che non è soggetto ad interferenza proveniente da altri sistemi non sotto il proprio controllo. In particolare la soluzione NB-IoT prevede tre possibili modalità di dispiegamento, illustrate in figura C:
    • In-Band: mediante l’utilizzo di uno o più Resource Blocks di 180 kHz allocati all’interno della banda del segnale LTE per il normale traffico dati
    • Guard Band: mediante l’utilizzo di uno o più Resource Blocks di 180 kHz posti agli estremi dello spettro del segnale LTE e non utilizzati per il normale traffico dati
    • Standalone: mediante l’utilizzo di uno o più canali a 200 kHz come risultato del refarming di una o più portanti GSM
    • Infrastruttura LTE esistente di stazioni radio base. L’implementazione dello standard richiede solo un aggiornamento software dell’infrastruttura con un’attivazione immediata dell’intera copertura nazionale già sviluppata per i servizi LTE commerciali. È opportuno ricordare come già oggi sia prassi comune degli operatori mobili eseguire aggiornamenti software periodici (effettuati più volte all’anno) e che l’aggiornamento di tutte le stazioni radio base del territorio nazionale richieda tempi inferiori a 4 settimane. Inoltre il riutilizzo dell’infrastruttura esistente consente all’Operatore di ottimizzare gli investimenti sia in termini di Capex, sia di Opex (gestione della rete condivisa con altri servizi commerciali LTE).
 

Figura C - Modalità di dispiegamento della soluzione NB-IoT

A livello di roadmap tutti i principali vendor di telecomunicazione sono già impegnati nello sviluppo di questa nuova soluzione accelerando fortemente nella creazione dell’ecosistema:

  • I fornitori di rete dichiarano che l’aggiornamento software per i nodi di rete sarà disponibile nel 2H 2016 per un possibile dispiegamento commerciale già a inizio 2017;
  • I fornitori di chipset e moduli NB-IoT produrranno i primi modelli a metà del 2016 con previsione di crescita in volumi a partire dall’inizio del 2017.

Relativamente alla disponibilità dei servizi, la copertura attuale LTE di TIM sulla quale sarà veicolata la soluzione NB-IoT, in outdoor è pari a oltre il 90% della popolazione nazionale e il piano di sviluppo triennale prevede forti investimenti al fine di portare tale copertura al 98% per la fine del 2018. Secondo simulazioni radioelettriche effettuate da TIM, nei casi maggiormente sfavorevoli (c.d. meter deep indoor, posti in scantinati o sotto teche e tombini metallici) con il dispiegamento attuale di LTE, la copertura radio con la tecnologia NB-IoT, sarà già superiore al 90% a inizio 2017 e raggiungerà livelli maggiori al 95% l’anno successivo.
La soluzione NB-IoT si sposa con la disponibilità della tecnologia e-SIM che abilita la configurazione da remoto e il cambio di operatore senza la sostituzione fisica della SIM. La complessità gestionale dell’alto numero dei terminali NB-IoT potrà quindi essere gestita da remoto minimizzando l’accesso ai terminali medesimi da parte del personale tecnico.
A testimonianza dell’impegno di TIM per questa tecnologia, è in corso di realizzazione a Torino il primo Open Lab di ricerca e innovazione in Italia dedicato al NB-IoT, aperto ad aziende e sviluppatori per favorire e accelerare la crescita dei servizi Internet of Things e lo sviluppo di applicazioni industriali.
L’iniziativa è stata recentemente comunicata in occasione del Mobile World Congress 2016 di Barcellona  ed ha lo scopo di accelerare lo sviluppo di soluzioni dedicate all’Internet of Things basate sulla tecnologia NB-IoT, permettendo di accrescere e promuovere questo nuovo mercato.
TIM sperimenterà le soluzioni NB-IoT in laboratorio e in campo insieme a partner di diversi settori industriali, facilitando così l’introduzione e l’adozione di questa tecnologia nel mercato. Il primo partner individuato è Huawei, con cui è stato siglato un Memorandum of Understanding dedicato alla tecnologia NB-IoT.

 

Figura D - Struttura del NB-IoT Open Lab di TIM

Il laboratorio, come illustrato schematicamente in figura D, comprenderà:

  • Soluzioni di rete di accesso NB-IoT;
  • Rete core e ambienti di servizio;
  • Ambienti e strumentazioni necessari per consentire lo sviluppo e la validazione dei servizi, delle applicazioni e dei dispositivi basati sulla tecnologia NB-IoT.

Il laboratorio, inoltre, renderà disponibile anche un’area dimostrativa, dove potranno essere provati alle aziende interessate, servizi e applicazioni. In tal senso, Telecom Italia condurrà specifici approfondimenti e sperimentazioni legati ai servizi di smart metering.

 

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