## 通訊協定分類

graph TD;
IoT_structure-->Perception_layer;
Perception_layer-->Sensor;
Perception_layer-->MCU;
Perception_layer-->..;
IoT_structure-->Network_layer;
Network_layer-->Short_distance;
Network_layer-->Long_distance;
Short_distance-->WiFi;
Short_distance-->Bluetooth;
Short_distance-->Zigbee;
Short_distance-->UWB;
Short_distance-->NFC;
Short_distance-->Z-Wave;
Long_distance-->5G;
Long_distance-->LPWAN;
LPWAN-->License
License-->EC-GSM
License-->LTE-M
License-->NB-IoT
LPWAN-->License_exempt;
License_exempt-->LoRa;
License_exempt-->Sigfox;
IoT_structure-->Application_layer;
Application_layer-->Smart_City;
Application_layer-->Embedded_device;
Application_layer-->...;

- 第一層為Perception_layer (感測層)，也就是物聯網裡的「**物**（**Things**）」，由可以感測訊號的裝置組成，用以監控所在位置的物理或環境狀況，例如影像、溫度、濕度、動作、壓力感測等。
- 第二層為Network_layer (網路層)，包含無線或有線的網際網路，用以提供**可靠的網路傳輸功能**。每一個裝置都具有IP位置，可以將裝置蒐集來的資訊，整合到物聯網的資料管理中心。
- 物聯網遠距傳輸 **LPWAN**（Low Power Wide Area Network）
- 「**SIGFOX**」、「**LoRa**」、「**NB-IoT**」最常被使用。
- 第三層為Application_layer (應用層)，物聯網經濟將近80％的商機來自於此。當我們將第一層的「物」透過第二層的「網路」連結起來，創造出**不同領域的應用**。例如：智慧家庭、智慧城市、智慧零售、智慧電網、智慧醫療、穿戴式裝置等



## EC-GSM vs LTE-M vs NB-IoT




### EC-GSM
- GSM被回收，現今很少在使用。
- EC represents **extended coverage**.
- EC-GSM is the IoT optimized GSM network.
- EC-GSM-IoT is to adapt and **leverage existing 2G/3G/4G infrastructure** to provide efficient and reliable IoT connectivity through extended GSM coverage.
- Feature
- Long vattery Life
- Run with 5Wh battery for about 10 years
- Lower cost
- 基於原本基地台改良即可，只要把**感測器裝上SIM卡，就可以直接上網**。
- Data rate
- GMSK: ~350bps to 70kbps.
- 8PSK:up to 240kbps.
- Support about 50,000 devices per unit.
- Security
- 需要和**基地台通訊**，可**認證是否為合法的使用者**。
- Distance
- 15km.

### LTE-M

- **LTE-M**（LTE-Machine to Machine）, **eMTC**(enhanced Machine Type Communication) or **LTE Cat M1**.
- 用LTE的網路中的頻寬切一小塊來提供給感測器。
- Feature
- Distance
- 11km.
- Data rate
- 500kbps to 1Mbps. (5 times NB-IoT)
- Low latency
- < 100ms.
- Supports base station handover.
- 電信公司基地台覆蓋好、範圍大，NB-IoT也有此特性。

- 覆蓋範圍: NB-IoT > LTE-M

### NB-IoT
#### License band and adopt 3 deployment modes:
- **==in band==**: 與LTE系統在相同的頻帶內運行。Built in LTE band, transferred by **resource block transmission** of LTE carrier.

- **==guard band==**: 在LTE系統頻帶邊緣的保護頻帶運行。Built in LTE **protection band**, transferred by unused resource block transmission of LTE carrier.

- independent carrier(stand-alone): 在一個與LTE系統不相同的頻帶內運行。GSM被廢掉了，目前很少使用。

graph TD;
Sensor --> |Downlink-OFDM| BaseStation;
BaseStation --> |Uplink-SC-FDMA| Sensor;

- Uplink: Support QPSK, BPSK, 1 Antenna Port.
- Downlink: Support QPSK, 2 Antenna Port(Space Frequency Block Coding, SFBC).
- 在Rel-17在UL、DL中引入16-QAM，並專注於支援NTN網路。
- NB-IoT的頻寬與LTE的一個基本資源單位資源區塊(Resource Block, RB)相同，即180kHz。下圖NB-IoT/LTE資源格示意圖，圖中的小方格稱為資源單元(Resource Element, RE)，每一格代表一個(時域)符元及一個(頻域)子載波。
- NB-IoT frame示意圖 (以載波間距15KHz為例)

#### The user entity (UE) also needs to this process.
1. 在預先設定好的頻率上搜尋訊號，一旦發現訊號之後，就會試著去接收並讀取系統資訊(System Information, SIB)。
2. 根據系統資訊所得到的訊息，發送隨機存取(Random Access)訊號並建立與基地台間的RRC連結(RRC Connection)。
3. 與基地台成功建立RRC連結，即成功聯網，就可以開始傳送或接收資料。

- NPSSS、NSSS: 主要用來同步訊號和找到基地台的CellID。
- NRS: 比對通過無線通道前的參考訊號與接收到的，也就是通過無線通道後的參考訊號，即可估測出無線通道。
- NPBCH: 基地台用來傳送窄頻主資訊區塊(Narrowband Master Information Block, MIB-NB)的實體層通道，MIB-NB共有34個位元(Bit)，包含許多重要的系統參數，例如系統訊框編號(SFN)及超訊框編號、SIB1-NB的排程(Scheduling)、頻段運行模式等。
- NPDCCH: 通知UE有資料要傳送過來，並告知要接收此資料所需的參數，例如何時要開始傳送。還有給予UE上行允諾(Uplink Grant)，即告知UE何時可以傳送上行資料，以避免不同UE間的互相干擾。
- DMRS: 讓基地台進行通道估測，進而可以對NPUSCH進行解調變。
#### Feature

- Distance
- About 5km - 6km.
- Data rate
- 100kbps to 200kbps
- Security
- 需要和**基地台通訊**，可**認證是否為合法的使用者**。

#### Module status
- 高通最強、其餘為華為、聯發科等
- NB-IoT transmission Labs
- sensor -> CPU (樹梅派) -> NB-IoT module -> BaseStation -> UDP sever -> Cloud server -> Data process

- NB-IoT 14 working bandwidth (Rel-13)

#### Application(Smart City)
- Smart meter
- Smart light (偵測有沒有人，沒人在用就關掉一些燈)
- Smart Rescue

- 優點：
- 使用電信業基地台，沒有WiFi距離限制
- 不須設定WiFi SSID,PWD，任何地方都可以開機就直接使用
- 不同服務可以選擇不同方案
- 透過後台可以查看已使用流量及使用年限
- 低功耗
- 比LTE-M輕量化
- 缺點：
- 須視當地是否有NBIoT服務涵蓋
- 傳輸速率較慢，不合適即時系統
- 需要傳輸費用

- 3GPP
- Rel-16: IIoT、Co-exist 5G-NR.
- Rel-17: NTN，準確驗證在GSO和GEO衛星系統的各種工作模式下進行的雙向物聯網（IoT）資料。