Дослідження ефективності методів інтеграції IoT у телекомунікаційних мережах
Автор: Савич Сергій Андрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Телекомунікації та радіотехніка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут інформаційно-комунікаційних технологій та електронної інженерії
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Ця наукова робота присвячена дослідженню ефективності методів інтеграції технологій Інтернету речей (IoT) у сучасні телекомунікаційні мережі. Головною метою дослідження є оцінка ефективності та доцільності використання технології вузькосмугового Інтернету речей (NB-IoT) як методу інтеграції, використовуючи підключення інтелектуальних лічильників електроенергії як практичний приклад. Швидке зростання популярності пристроїв IoT та їхнє широке впровадження в повсякденну інфраструктуру вимагає розробки ефективних, масштабованих та економічно вигідних підходів до інтеграції для масового розгортання пристроїв. Перший етап дослідження включає детальний аналіз існуючих методів інтеграції IoT у телекомунікаційні мережі, включаючи технології зв’язку як ближнього, так і широкого радіусу дії, такі як LoRaWAN, Sigfox, LTE-M та особливо NB-IoT. Для спавки були використані праці [1-3]. Особлива увага приділяється перевагам та недолікам кожної технології з точки зору покриття, енергоспоживання, швидкості передачі даних, ефективності використання спектру та витрат на розгортання. Аналіз підтверджує, що NB-IoT, як стандартизована 3GPP стільникова технологія, забезпечує значні переваги для підключення великої кількості малопотужних пристроїв з відносно низькою швидкістю передачі даних на великі відстані. Під час дослідження було проведено поглиблений технічний аналіз NB-IoT, з акцентом на архітектуру, схеми модуляції, поширення сигналу та планування мережі. Комплексну платформу для системного моделювання продуктивності мережі NB-IoT було розроблено з використанням професійних інструментів моделювання. В рамках технічної оцінки, проект включав розробку та написання прототипу програми для роботи інтелектуального лічильника, підключеного через NB-IoT, що забезпечує двосторонній зв’язок між пристроєм та оператором комунального підприємства. При проведені моделювані роботи NB-IoT мережі та розробці нових підходів були використані дослідження із праць [4-5]. Результати моделювання були розділені на два етапи. Перше моделювання було зосереджено на оцінці співвідношення сигнал/перешкода плюс шум (SINR) та пропускної здатності за різних сценаріїв розгортання та профілів трафіку. Було продемонстровано, що NB-IoT може підтримувати стабільне з’єднання навіть у щільних міських районах, забезпечуючи надійну передачу даних. Друге моделювання оцінило вплив запропонованого інтегрованого методу з’єднання на спектральну ефективність. Результати підтвердили покращення використання спектру до 17,47% на основі визначених моделей трафіку, що відображає ефективність запропонованого архітектурного підходу. Диплом також включає техніко-економічний аналіз розгортання інтелектуальних лічильників за допомогою NB-IoT, враховуючи капітальні витрати (CapEx), експлуатаційні витрати (OpEx), ліцензійні збори та витрати на обслуговування протягом 10-річного періоду. Для визначення фінансової доцільності проекту було використано метод чистої приведеної вартості (NPV) та аналіз чутливості. Результати показали, що хоча початкові інвестиції є високими, довгострокові переваги, такі як зниження експлуатаційних витрат, автоматизація збору даних та додаткові доходи від послуг, можуть забезпечити повернення інвестицій за оптимізованих параметрів. Ключові фінансові фактори включають вартість модулів NB-IoT та готовність споживачів платити за розширені послуги вимірювання. Дослідження підкреслює важливість регуляторної підтримки та стандартизації для забезпечення сталості розгортання NB-IoT у турбулентному ринковому середовищі. Оскільки сектор IoT продовжує розширюватися, інтеграційні рішення, такі як запропоноване в цьому дослідженні, будуть важливими для розвитку розумного міста, моніторингу інфраструктури, управління енергією та інших критичних областей. Загалом, проведене дослідження підтверджує, що NB-IoT є ефективним та масштабованим рішенням для інтеграції IoT у телекомунікаційні мережі, особливо для великомасштабних застосунків, таких як інтелектуальне вимірювання. Запропонований метод інтеграції та фреймворк моделювання роблять цінний внесок в оптимізацію майбутнього розгортання мереж IoT.