TFG: Design and Implementation of an NBIoT Communication System

The development of IoT product has generated multiple needs in the field of information and communication technologies. Among them, the challenge of creating technological products capable of functioning independently of the power grid arises, leading to a line of development in telecommunications that, instead of maximizing the transmission capabilities of a system, seeks to minimize its power consumption.

This TFG is developed within the ESTAR project, an autonomous IoT product meant for monitoring multiple environments. More specifically, it focuses on ESTAR_COMMS, the module which will be in charge of connecting the device to an external server.

In order to provide wireless communications with the lowest energy cost, an analysis of different components is given, concluding with the SARA-R510S-01B. The SARA has access to NBIoT radio technology from the LPWANs that allows for low speed, low payload, sporadic and Ultra-Low-Power transmissions.

In the thesis, the following results are presented:

  • A functional communication design and PCB prototype that uses the SARA-R510S-01B module, with an analysis of all design stages.
  • A first approach to the software design, in addition to a summary of the main AT commands that will be used to control the SARA.
  • The first energy consumption tests with the KeysightB2901A.

Empezando a trabajar con NB-IoT

Dentro del proyecto Sensoriza desde el grupo B105 hemos empezado a trabajar por primera vez con la tecnología Narrowband-IoT (NB-IoT).

NB-IoT es un estándar promovido por 3GPP que reutiliza una pequeña parte del espectro LTE. Por tanto, con un pequeño cambio en las estaciones base, proporciona el mismo alcance geográfico que la tecnología móvil 4G actual. La conectividad que proporciona es de muy bajo ancho de banda y baja tasa de datos, a la vez que ofrece una cobertura muy profunda llegando a lugares subterráneos o zonas rurales remotas. Por lo tanto está especialmente diseñada para dispositivos autónomos del mundo del internet de las cosas, como contadores inteligentes, alarmas, agricultura conectada, etc.

nbiotbands

Nuestro objetivo es dotar a las máquinas de conservación y mantenimiento de carreteras de un módulo NB-IoT mediante el que puedan transmitir la información recogida por sus sensores ambientales a un centro de control. Utilizando esta tecnología tendremos conectividad desde las carreteras de montaña remotas donde se realizan la mayor parte de actuaciones de vialidad invernal, lo que hasta ahora no era posible.

bc95

Como pasos iniciales estamos trabajando con dos módulos de dos fabricantes diferentes. En primer lugar tenemos un módulo BC95 de Quectel, que nos ha facilitado su distribuidor en España Monolitic. Por otro lado estamos utilizando una plataforma basada en Arduino que incorpora un módulo SARA-N211 de u-blox. Vodafone, que es la principal compañía telefónica que está implantando la tecnología NB-IoT en España, nos ha proporcionado dos tarjetas SIM para hacer pruebas de conexión con su red.

sara-n2