Modelling the Energy Consumption of NB-IoT Transmissions

Abstract

Narrow-Band Internet of Things (NB-IoT) er en voksende Low Power Wide Area Network (LPWAN) kommunikasjonsprotokoll designet for IoT applikasjoner, som har blitt implementert i mange land - inkludert Norge. Avhandlingen gir en modell for energiforbruket til NB-IoT med parametere som enhver systemutvikler/designer vil kjenne til. Nyttige bruksområder for modellen er mange. Gjennom å modellere energiforbruket er det mulig å forutsi energibudsjettet til en NB-IoT applikasjon. En eksisterende implementasjon kan bli optimalisert, og den sparte energien kvantifisert før noen endringer blir utført. Modellen kan brukes som en NB-IoT energikost metode i en større simulasjon. Modellen i seg selv gir et interessant innblikk inn i teknologiens egenskaper.

Arbeidet sammenligner NB-IoT med LoRaWan og Sigfox og forklarer de fysiske ressursene og andre strømrelaterte teknologier og teknikker som benyttes i protokollen. Gjennom eksperimentene som utføres i avhandlingen blir energikapabilitetene til protokollen studert og en modell for energiforbruket er resultatet. Modellen kan forutsi energiforbruket til radiokommunikasjonen til en NB-IoT innretning med et uBlox SARA-N211-modem.

NB-IoT is an emerging LPWAN communication protocol designed for IoT applications, which has been deployed in many countries including Norway. The thesis gives a model for the energy consumption of NB-IoT with parameters that anyone designing a system would know. The useful properties of the work are many. By modelling the energy consumption it is possible to predict the energy budget of an NB-IoT application. An existing implementation can be optimized, and the energy savings quantified before execution of the application changes. The model can also be used to calculate NB-IoT energy cost in a larger simulation. As a standalone tool, the model gives an interesting insight into the technology.

The thesis compares NB-IoT to LoRaWAN and SigFox and explains the physical resources and power related technologies utilized in the protocol. Throughout the experiments conducted in the work, the energy capabilities of the protocol are studied - resulting in a model for the energy consumption. The model is able to predict the radio communication energy consumption of a NB-IoT device with a uBlox SARA-N211 modem.