ما هو LTE-M وكيف يمكن مقارنته بإنترنت الأشياء منخفض الكثافة (NB-IoT)؟

ما هو LTE-M؟

تتطلب تطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) التي يتم نشرها في الشبكات الواسعة النطاق بروتوكولات اتصال موثوقة مشتركة 1P14. LTE-M أو LTE-Cat M1 هو بروتوكول WAN من هذا القبيل. وهو ينتمي إلى شبكة WAN منخفضة الطاقة (LPWAN) حيث توجد تقنيات أخرى مثل لورا و NB-IoT. يمكن اعتبارها منافسًا قائمًا على التكنولوجيا الخلوية لتقنيات LPWAN الأخرى التي تهدف تحديدًا إلى تحقيق تطبيقات إنترنت الأشياء للشبكات الواسعة النطاق. تم إصدارها لأول مرة في الإصدار 13 من 3GPP في عام 2016. وتكمن أهمية تقنية LTE-M في تطبيقاتها ذات النطاق الترددي المنخفض في توصيل الأجهزة ذات الموارد المحدودة عبر شبكة WAN. تعتمد تقنية LTE-M على البنية التحتية الخلوية الحالية، مما يقلل من التكلفة العامة لإنشاء بنية تحتية جديدة. يمكن أن يوفر LTE-M معدل بيانات يصل إلى 4 ميجابت في الثانية وفقًا للإصدار 14.

كيف يعمل LTE-M؟

LTE-M على عكس نظيراتها الخلوية مثل LTEيركز على إنترنت الأشياء و M2M التطبيقات عبر شبكة واسعة النطاق. ولهذا الغرض، يحتوي LTE-M على بعض الميزات المدمجة، مما يجعله مرشحًا مثاليًا لهذا الغرض.

يتمثل التحدي الأول الذي يجب التغلب عليه في الاستهلاك العالي للطاقة في تقنيات الاتصالات الخلوية القديمة. تستخدم تقنية LTE-M للتغلب على ذلك ميزتين استثنائيتين. وهما

• وضع توفير الطاقة (PSM)
• الاستقبال المتقطع الممتد (eDRX)

في PSM ينتقل الجهاز إلى وضع السكون أثناء تسجيله مع الشبكة. ومع ذلك، قبل الانتقال إلى وضع السكون، يجب أن يقوم الجهاز بإخطار الشبكة بالوقت الذي قد يستيقظ فيه الجهاز مرة أخرى. يمكن أن يكون الجهاز في حالة السكون لمدة 12 يوماً. كما يمكن تشغيله قبل الوقت المحدد من قبل حالة طارئة مثل المنبه. تُعرف حالة السكون هذه باسم السكون المسجل. بعد الاستيقاظ من حالة السكون، سيقوم الجهاز بإرسال البيانات ويجب أن ينتظر بعض الوقت حتى تستجيب الشبكة.

يقلل eDRX من ميل الجهاز إلى الاتصال بالشبكة. يحتوي جهاز LTE العادي على دورة استدعاء كل 1.28 ثانية. من ناحية أخرى، بالنسبة لجهاز LTE-M، سيكون ذلك كل 10.24 ثانية. يشير هذا إلى أن جهاز LTE-M سيكون تردد الترحيل أقل، وبالتالي يقلل من استهلاك الطاقة، في حالة نشطة. الفرق بين كيفية تحقيق كل من PSM و eDRX لاستهلاك منخفض للطاقة هو أن PSM يقلل من استهلاك الطاقة في حالة الخمول بينما يقلل eDRX من استهلاك الطاقة في الحالة النشطة. يمكن لهذه الميزات مجتمعة أن تعزز عمر بطارية الجهاز بما يصل إلى 36 عامًا من تشغيل البطارية في الحالة المثالية. ومع ذلك، وبسبب تيارات التسرب وجوانب التفريغ الذاتي للبطارية، من المتوقع أن يكون ذلك حوالي 10 سنوات.

تعد التكلفة المنخفضة للأجهزة عاملاً حاسمًا آخر نأخذه في الاعتبار عند تحديد تقنية اتصال مشتركة مناسبة لإنترنت الأشياء وتطبيق الاتصال من آلة إلى آلة. ولمواجهة هذا التحدي، أصدرت 3GPP الإصدار 12. في الإصدار 12، تم تقديم ميزات رئيسية لخفض التكلفة والتحسين. أولاً، سمح الإصدار 12 بتقنية FDD بنصف ازدواجية التردد مقارنةً بتقنية FDD المزدوجة الكاملة في تقنية LTE، مما أدى إلى التخلص من استخدام مرشح الازدواجية. كما أنه قلل من عرض النطاق الترددي إلى 1.4 MHz وقدم معدل بت منخفض، وبالتالي قلل من تعقيد الجهاز. وعلاوة على ذلك، مع الإصدار 13 أو LTE-M، تم دعم تصميم ترددات لاسلكية ضيقة النطاق أكثر مع طاقة إرسال منخفضة. هذه العوامل summ مكنت من توفير أجهزة أكثر فعالية من حيث التكلفة وتنافسية باستخدام LTE-M.

بالإضافة إلى ذلك، هناك تحدٍ آخر قد يفرض نفسه وهو تكلفة نشر LTE-M وتحقيق التغطية الكاملة. وللتغلب على تكلفة النشر، يتكامل جهاز LTE-M مع البنية التحتية الحالية لتقنية LTE-M، ولزيادة التغطية، يوفر LTE-M ميزانية ارتباط إضافية تبلغ 15 ديسيبل لزيادة التغطية. تزيد ميزانية الارتباط الإضافية هذه من تغطية المنطقة بمقدار سبعة أضعاف.

خريطة تغطية LTE-M

خريطة تغطية LTE-M هي أداة مفيدة يقدمها العديد من بائعي LTE-M، لتعميم استخدام LTE-M في مجال إنترنت الأشياء. تساعد خريطة التغطية المستخدمين على تحديد دعم LTE-M في منطقة ما. بعض البائعين المشهورين هم Velos و Verizon و AT&T و EMnify. (تظهر أدناه إحدى خرائط نشر إنترنت الأشياء المتنقلة المقدمة من GSMA)

LTE-M مقابل NB-IoT

LTE-M و NB-IoT كلاهما من تقنيات الاتصال ذات النطاق الضيق LPWAN communication. تعتمد كلتاهما على التقنية الخلوية. تعد LTE-M جزءًا من الإصدار 13 بينما تعد NB-IoT جزءًا من الإصدار 14 من 3GPP. وبالتالي، يستخدم كلاهما طيف تشغيل مرخص. تتمتع تقنية LTE-M بتغطية جيدة مقارنةً بإنترنت الأشياء NB-IoT لأنها تستخدم البنية التحتية الخلوية الحالية للجيل الرابع 4G. فيما يتعلق بزمن الاستجابة ومعدلات البيانات، يتمتع LTE-M باليد العليا لكونه الحل الأفضل مقارنةً بإنترنت الأشياء الجديد. تتراوح معدلات بيانات LTE-M من 384 كيلوبت في الثانية إلى 1 ميجابت في الثانية، في حين أن معدلات بيانات إنترنت الأشياء غير المتصلة بإنترنت الأشياء أقل من 250 كيلوبت في الثانية. ومع ذلك، تتمتع تقنية إنترنت الأشياء الجديدة بمقاومة جيدة ضد التداخل مقارنةً بتقنية LTE-M. أيضًا، يتمتع كل من LTE-M وNB-IoT بتغطية وأداء جيدين في الأماكن المغلقة مقارنةً بتقنيات LPWAN الأخرى.

LTE-M هو الحل الأفضل مقارنةً بتقنية NB-IoT إذا كان تطبيقك يتطلب متطلبات تنقل عالية. يستخدم LTE-M إمكانية التسليم التي توفرها تقنية LTE الخلوية نظراً لوجود تغطية في كل منطقة. أيضًا، يستخدم LTE-M مكدس اتصال communication قائم على بروتوكول الإنترنت، بينما يستخدم NB-IoT مكدس اتصال communication قائم على الرسائل. بالإضافة إلى ميزة أخرى مثيرة للاهتمام، بالإضافة إلى قدرات التنقل العالية، يرث LTE-M إمكانية الاتصال الصوتي عبر LTE (VoLTE). وهذا غير موجود في NB-IoT.

وأخيراً، يُعدّ LTE-M بديلاً مناسباً للأجهزة التي تتطلب المزيد من التحديثات على البرامج الثابتة والبرمجيات في كثير من الأحيان خلال دورة حياتها. كما أنه يدعم أيضاً التجوال عبر الشبكات ويكتسب حالياً شعبية في منطقة أمريكا الشمالية مقارنةً بإنترنت الأشياء NB-IoT الذي يحظى بشعبية في منطقتي أوروبا وآسيا.

مزايا LTE-M

دعونا نرى بعض التطبيقات الممكنة لشبكة LTE-M في مجال إنترنت الأشياء LPWAN IoT ومجال M2M. قبل ذلك من المفيد أن نتعرف على المزايا الرئيسية لشبكة LTE-M على النحو التالي:

• عمر بطارية طويل: يتم تمكين ذلك بواسطة PSM و eDRX.
• أجهزة أقل تكلفة: يوفر LTE-M أجهزة منخفضة التكلفة مع ميزات جذابة من LTE
• تغطية محسّنة: يوفر LTE-M تغطية أكبر من تغطية NB-IoT من خلال توفير ميزانية ارتباط إضافية.
• يدعم أحجاماً كبيرة من الأجهزة: من خلال التحسينات والتغييرات في الشبكة الأساسية لشبكة LTE الخلوية، يمكن لشبكة LTE-M دعم أحجام كبيرة من الأجهزة في وقت واحد.
• إنتاجية عالية ومواكبة للمستقبل: بفضل الإنتاجية العالية، يمكن أن يدعم LTE-M تحديثات البرامج والبرامج الثابتة دون استنزاف البطارية. وبالتالي، زيادة العمر المتوقع للجهاز.

تُعد تقنية LTE-M حلاً جذابًا حيثما كانت هناك متطلبات تنقل عالية كما هو الحال في تتبع الأصول وتتبع الحيوانات عبر شبكة WAN. نظرًا لأنه يمكن أن يدعم العديد من الأجهزة، فإنه يُستخدم أيضًا على نطاق واسع في تطبيقات المدن الذكية. علاوة على ذلك، نظرًا لقدرته على التجوال، فهو أحد أفضل الحلول لتطبيقات السيارات والخدمات اللوجستية. وتشمل هذه التطبيقات إدارة الأسطول وتحسين المسار. أيضًا، نظرًا لأنه ينقل البيانات في فترة زمنية معينة ويستخدم نظام PSM، فإنه يُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب ترددًا منخفضًا لنقل البيانات، على سبيل المثال، العدادات الذكية.

مستقبل ودوافع LTE-M

يرجع اعتماد تقنية LTE-M إلى

• تكلفتها المنخفضة وتكلفة نشرها المنخفضة: نظرًا لأن تقنية LTE-M تستخدم البنية التحتية الحالية مقارنة بالحدود الجديدة في التقنيات الخلوية مثل 5G، LTE-M هو حل سهل الاستخدام للغاية.
• من حيث التغطية وكفاءة الطاقة، يوفر LTE-M القدرة الجيدة وهو حل وسط جيد لهذين الشرطين.
• تتمتع تقنية LTE-M بالحد الأدنى من دعم الصوت ومعدل البيانات مقارنةً بالحدود الحديثة مثل 5G.

تدفع هذه العوامل والسوق التنافسية العالية سوق LTE-M إلى أن تكون شبكة LTE-M أفضل حلول إنترنت الأشياء LPWAN وإنترنت الأشياء وحلول آلة إلى آلة.

الخاتمة

يُعد LTE-M حلاً مناسبًا لتطبيق LPWAN الخاص بك إذا كنت بحاجة إلى متطلبات تنقل عالية مع تكلفة منخفضة للأجهزة وتكلفة نشر منخفضة. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه يمكن أن يدعم أحجامًا كبيرة من الأجهزة وهو أمر بالغ الأهمية من حيث عمليات النشر الكبيرة. أخيراً، يمكن استنتاج أن LTE-M هو الحل الأفضل في سوق إنترنت الأشياء التنافسي.