Анализ влияния протоколов передачи данных на энергопотребление NB-IoT-устройств

Аннотация

Признанным стандартом глобальных сетей устройств ограниченной мощности LPWAN (Low Power Wide Area Network) является технология NB-IoT. Каждый день по всему миру внедряются новые решения на основе технологий интернета вещей (Internet of Things) в самые разнообразные сферы жизни --- это системы мониторинга окружающей среды, обнаружения вторжений, все виды транспорта, автоматические парковки, трекеры, решения в области ЖКХ и др. Поскольку большинство устройств питаются от встроенного источника, разработчикам приложений важно создавать программное обеспечение так, чтобы минимизировать энергопотребление и передачу данных, поскольку, как ожидается, IoT-устройство будет работать до 10 лет без замены батареи. Для решения этой задачи в стандарте уже предусмотрены соответствующие технологии и протоколы, задача разработчика состоит в том, чтобы правильно их реализовать. Приведены результаты измерения энергопотребления NB-IoT-устройства при работе с различными протоколами, уровнями сигнала и объемом передаваемых данных в реальной сети мобильного оператора. На основании проведенных экспериментальных исследований сделан вывод о нецелесообразности использования протоколов TCP и UDP в NB-IoT-сетях

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Колесников А.В., Басараб М.А., Ключарев П.Г. Анализ влияния протоколов передачи данных на энергопотребление NB-IoT-устройств. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2024, № 4 (149), с. 56--75. EDN: WHJCKD

Литература

[1] Goudos S.K., Dallas P.I., Chatziefthymiou S., et al. A survey of IoT key enabling and future technologies: 5G, mobile IoT, sematic web and applications. Wireless Pers. Commun., 2017, vol. 97, no. 2, pp. 1645--1675. DOI: https://doi.org/10.1007/s11277-017-4647-8

[2] Raza U., Kulkarni P., Sooriyabandara M. Low power wide area networks: an overview. IEEE Commun. Surv. Tutor., 2017, vol. 19, no. 2, pp. 855--873. DOI: https://doi.org/10.1109/COMST.2017.2652320

[3] Sharan S., Sharan R., Yiqiao W., et al. A survey on LPWA technology: LoRa and NB-IoT. ICT Express, 2017, vol. 3, no. 1, pp. 14--21. DOI: https://doi.org/10.1016/j.icte.2017.03.004

[4] Mekki K., Bajic E., Chaxel F., et al. A comparative study of LPWAN technologies for large-scale IoT deployment. ICT Express, 2019, vol. 5, no. 1, pp. 1--7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.icte.2017.12.005

[5] Popli S., Jha R.K., Jain S. A survey on energy efficient narrowband internet of things (NB-IoT): architecture, application and challenges. IEEE Access, 2019, vol. 7, pp. 16739--16776. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2881533

[6] Ayoub W., Samhat A.E., Nouvel F., et al. Internet of mobile things: overview of LoRaWAN, DASH7 and NB-IoT in LPWANs standards and supported mobility. IEEE Commun. Surv. Tutor., 2019, vol. 21, no. 2, pp. 1561--1581. DOI: https://doi.org/10.1109/COMST.2018.2877382

[7] Routray S.K. Narrowband Internet of Things. Encyclopedia of Information Science and Technology, 2021, p. 11. DOI: https://doi.org/10.4018/978-1-7998-3479-3.ch063

[8] Routray S.K. Deployment of Narrowband IoT. Research Anthology on Developing and Optimizing 5G Networks and the Impact on Society, 2021, p. 17DOI: https://doi.org/10.4018/978-1-7998-7708-0.ch036

[9] Wang S., Zhang X., Zhang Y., et al. A survey on mobile edge networks: conver-gence of computing, caching and communications. IEEE Access, 2017, vol. 5, pp. 6757--6779. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2685434

[10] Singh R., Tripathi P., Singh R. A survey on TCP (transmission control protocol) and UDP (user datagram protocol) over AODV routing protocol. Int. J. Res., 2014, vol. 1, no. 7, pp. 26--33.

[11] Riaz S., Sajid A., Kanwal M. Performance analysis of SSL/TLS. IJISET, 2014, vol. 1, no. 6, pp. 524--531.

[12] Tariq M.A., Khan M., Raza Khan M.T. Enhancements and challenges in CoAP --- a survey. Sensors, 2020, vol. 20, no. 21, art. 6391. DOI: https://doi.org/10.3390/s20216391

[13] Soni D., Makwana A. A survey on MQTT: a protocol of internet of things (IoT). ICTPACT, 2017, vol. 20, pp. 173--177.

[14] Aloi G., Caliciuri G., Fortino G., et al. Enabling IoT interoperability through opportunistic smartphone-based mobile gateways. J. Netw. Comput. Appl., 2017, vol. 81, pp. 74--84. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnca.2016.10.013

[15] Guo H., Zhang Q., Xiao S., et al. Exploiting multiple antennas for cognitive ambient backscatter communication. IEEE Internet Things J., 2019, vol. 6, no. 1, pp. 765--775. DOI: https://doi.org/10.1109/JIOT.2018.2856633

[16] Darsena D., Gelli G., Verde F. Modeling and performance analysis of wireless networks with ambient backscatter devices. IEEE Trans. Commun., 2017, vol. 65, no. 4, pp. 1797--1814. DOI: https://doi.org/10.1109/TCOMM.2017.2654448

[17] Zaidi A.A., Baldemair R., Moles-Cases V., et al. OFDM numerology design for 5G new radio to support Iot, Embb and MBSFN. IEEE Commun. Standards Mag., 2018, vol. 2, no. 2, pp. 78--83. DOI: https://doi.org/10.1109/MCOMSTD.2018.1700021

[18] Zou J., Xu C. Frequency offset tolerant synchronization signal design in NB-Iot. Sensors, 2018, vol. 18, no. 11, art. 4077. DOI: https://doi.org/10.3390/s18114077

[19] Hwang J.-K., Li C.-F., Ma C. Efficient detection and synchronization of superimposed NB-Iot NPRACH preambles. IEEE Internet Things J., 2019, vol. 6, no. 1, pp. 1173--1182. DOI: https://doi.org/10.1109/JIOT.2018.2867876

[20] Liu S., Xiao L., Han Z., et al. Eliminating NB-IoT interference to LTE system: a sparse machine learning-based approach. IEEE Internet Things J., 2019, vol. 6, no. 4, pp. 6919--6932. DOI: https://doi.org/10.1109/JIOT.2019.2912850