NB-IoT vs. LTE-M: Wat zijn de verschillen?

Breedbandnetwerk met laag stroomverbruik (LPWAN) is een opkomend gebied voor het realiseren van massale Internet of Things (IoT)-toepassingen. LTE-M en NB-IoT zijn de populairste cellulaire LPWAN-technologieën op de markt voor het realiseren van LPWAN-toepassingen. In dit artikel introduceren we kort NB-IoT en LTE-M en hun belangrijkste verschillen, zodat u een ontwerpbeslissing kunt nemen voor uw LPWAN-oplossing. 

Wat is NB-IoT? 

Dit is een LPWAN-technologie met een beperkte bandbreedte, ontwikkeld door 3GPP voor cellulaire draadloze communicatie en het mogelijk maken van massale IoT-toepassingen via een wide area network. Het is een van de drie belangrijkste 3GPP-standaarden die zijn geïntroduceerd om massale IoT-toepassingen te helpen realiseren. Dit is gericht op netwerken met laag stroomverbruik en diepe dekking tot een bereik van 20 km. Het is ook geoptimaliseerd voor een betere latentie tot 10 seconden. Hoewel NB-IoT werkt in de frequentiespectrum onder licentieHet is geoptimaliseerd om interferentie te minimaliseren en massale IoT-apparaten met lage doorvoer toe te laten. Je kunt meer informatie vinden in ons vorige artikel over Wat is NB-IoT? 

Wat is LTE-M? 

Zoals hierboven vermeld, zijn zowel LTE-M als NB-IoT op cellen gebaseerde LPWAN-technologieën die door 3GPP zijn geïntroduceerd. LTE-M of Long-Term Evolution voor machines kan worden beschouwd als een uitbreiding van 4G-LTE geïntroduceerd om te realiseren Machine-naar-machine (M2M) communicatie en massale IoT-toepassingen. Net als NB-IoT is LTE-M gericht op het verzenden van kleine brokjes data die een grote bandbreedte vereisen via het internet van eindapparaten die over resources beschikken. In tegenstelling tot NB-IoT, dat beperkt is door een bereik van 20 km, kan LTE-M een lange afstand aan die beperkt wordt door de dekking van het 4G-LTE-netwerk. Je kunt ook meer te weten komen over LTE-M in ons vorige artikel, wat is LTE-M? 

Verschillen tussen NB-IoT en LTE-M 

Nu we een kort begrip hebben van NB-IoT en LTE-M, kunnen we kort ingaan op enkele van de belangrijkste verschillen tussen NB-IoT en LTE-M. 

LTE-M werd in 2016 in Release 13 uitgebracht door 3GPP en was gericht op communicatie tussen machines. Het wordt ook wel het Cat-M protocol genoemd. Hoewel NB-IoT ook in dezelfde release werd geïntroduceerd, werd het in Releases 14 en 15 verder uitgebreid en geformuleerd. Daarom wordt het ook wel het Cat-M2 protocol genoemd. De belangrijkste reden voor de introductie van NB-IoT was het onvermogen van LTE-M om aan de LPWAN-eisen te voldoen. 

Een ander belangrijk verschil is de bandbreedte die in beide technologieën wordt toegewezen voor gegevensoverdracht. NB-IoT wijst slechts een kleine bandbreedte toe voor datatransmissie, voor apparaten met een lage doorvoer. In vergelijking hiermee wijst LTE-M een grote bandbreedte toe voor datatransmissie voor apparaten met een lage latentietijd. 

De architectuur waarop LTE-M is gebaseerd, is sterk gebaseerd op eerdere cellulaire IP-gebaseerde technologieën zoals 4G-LTE. NB-IoT is echter gebaseerd op Evolved Packet System (EPS) en is geoptimaliseerd om cellulaire IoT-toepassingen mogelijk te maken. Bovendien kunnen met LTE-M verbonden apparaten alleen in-band worden ingezet, wat betekent dat deze apparaten alleen gebruik kunnen maken van resourceblokken binnen een normale LTE-carrier. NB-IoT kan daarentegen ongebruikte resourceblokken binnen de guard band van LTE carriers of standalone carriers gebruiken om apparaten in te zetten. Dit verhoogt theoretisch het aantal apparaten dat op een bepaald netwerk kan worden aangesloten tot 200.000 apparaten per cel. 

LTE-M en NB-IoT ondersteunen beide eDRX (extended discontinuous reception) en PSM (power saving mode), die helpen om de batterijduur van aangesloten apparaten te verlengen. Daarom is het moeilijk kiezen tussen NB-IoT en LTE-M als het gaat om efficiënte energieverbruikende technologie. Verschillende praktijktests suggereren echter dat LTE-M energiezuinig is voor een normaal werkingsbereik en NB-IoT energiezuiniger is voor een langer werkingsbereik met veel interferentie en penetratie in de omgeving. Ook moet worden opgemerkt dat LTE-M ideaal is voor grote datatransmissies die een laag energieverbruik vereisen. 

Een andere belangrijke maatstaf bij het vergelijken van cellulaire LPWAN-technologieën is mobiliteit. Dit is het vermogen van het netwerk om mobiele apparaten met verschillende snelheden en richtingen aan te kunnen. NB-IoT ondersteunt geen handover, waardoor het onmogelijk is voor apparaten om basisstations te verbinden als ze in beweging zijn. LTE-M daarentegen, dat bovenop 4G-LTE is gebouwd, is wel in staat om handover van cellen en in voertuigen uit te voeren. Daarom is LTE-M het meest geschikt voor toepassingen die een hoge mate van mobiliteit vereisen, terwijl NB-IoT slechts beperkte mogelijkheden heeft voor stationaire eindapparaten. Deze handover-functie maakt LTE-M ook het meest geschikt voor het verwerken van firmware- en software-updates, omdat de apparaten verbinding kunnen maken met het netwerk ondanks de locatie en beweging. 

Als we kijken naar de datasnelheid van LTE-M en NB-IoT, dan heeft LTE-M hogere datasnelheden. Voor de downlink kan LTE-M datasnelheden tot 1 Mbits/s bieden en NB-IoT datasnelheden tot 26 kbits/s. Voor uplink datatransmissie biedt LTE-M datasnelheden tot 1 Mbits/s en NB-IoT datasnelheden tot 66 kbits/s. Wat datasnelheden betreft, kan LTE-M hoge snelheden bieden en is het een bijzonder goede optie voor toepassingen die veel data nodig hebben. 

Wereldwijde beschikbaarheid is een kritieke factor bij het implementeren van IoT-toepassingen. LTE-M, dat gebaseerd is op de huidige 4G-LTE infrastructuur, is wereldwijd beschikbaar en kan gemakkelijk worden uitgerold. NB-IoT kan echter alleen worden ondersteund door een beperkt aantal mobiele infrastructuren.  

De meest interessante eigenschap van LTE-M is de mogelijkheid om spraakberichten te verwerken en de eSIM-mogelijkheid. Hierdoor kan de gebruiker specifieke IoT-toepassingen implementeren die spraakondersteuning over een groot bereik vereisen. 

Voor- en nadelen van NB-IoT en LTE-M 

Nu we een kort inzicht hebben in de verschillen tussen NB-IoT en LTE-M, kunnen we enkele voor- en nadelen van deze cellulaire LPWAN-technologieën onderzoeken. Meer specifiek zullen we kijken naar de belangrijkste voordelen van elke technologie, om zo de nadruk te leggen op de ene boven de andere. 

Belangrijkste voordelen van NB-IoT 

• Laag stroomverbruik, ideaal voor toepassingen die een hoge penetratiegraad vereisen 
• Verbeterde actieradius 
• Lage implementatiekosten 
• Maakt gebruik van DSSS-modulatie en is eenvoudig te implementeren omdat het gebaseerd is op single carrier frequency division multiple access 
• Langere levensduur van de batterij 
• Werking op basis van berichten 
• Kan veel apparaten ondersteunen 

Belangrijkste nadelen van NB-IoT

• Kan celoverdracht niet verwerken 
• Lage datasnelheden 
• Kan geen spraakberichten verwerken 

Belangrijkste voordelen van LTE-M 

• Het bereik wordt alleen beperkt door het bereik van het bestaande 4G-LTE-netwerk. 
• Hoge datasnelheden 
• Ideaal voor grote gegevenstransmissie 
• Kan celhandover aan en is ideaal voor toepassingen die mobiliteit vereisen 
• IP-gebaseerde bediening 
• Ondersteunt gesproken berichten 

Belangrijke nadelen van LTE-M

• Kan niet veel apparaten ondersteunen, omdat apparaten alleen in-band resourceblokken toegewezen krijgen 
• Hoge apparaatkosten vergeleken met NB-IoT 

Toepassingen van NB-IoT en LTE-M 

Laten we nu enkele van de massale IoT-toepassingen classificeren aan de hand van de optie die de voorkeur geniet tussen NB-IoT en LTE-M. Voor toepassingen die hoge datasnelheden en een hoge mobiliteit vereisen, is LTE-M de ideale optie. NB-IoT daarentegen is ideaal voor toepassingen die een hoge penetratie en stationaire toepassingen vereisen. 

Toepassingen van NB-IoT 

• Slimme meters en elektrische meettoepassingen 
• Toepassingen voor afvalbeheer 
• Slimme landbouwtoepassingen 
• Automatisering straatverlichting 
• Beheer van pijpleidingen 

Toepassingen van LTE-M 

• Slimme wearables 
• Patiëntmonitoring en slimme gezondheidszorg 
• Activa volgen 
• Slimme stadstoepassingen 
• Sensoren met lage dichtheid 

Conclusie 

In dit artikel hebben we kort de verschillen tussen NB-IoT en LTE-M onderzocht en hun belang voor verschillende reeksen massale IoT-toepassingen geïdentificeerd. De keuze tussen deze twee hangt uitsluitend af van de aard en de specifieke vereisten van de toepassing waarin we geïnteresseerd zijn. De conclusie is dat NB-IoT ideaal is voor stationaire toepassingen en LTE-M voor bewegende apparaten.