Czym jest LTE-M i jak wypada w porównaniu z NB-IoT?

Czym jest LTE-M?

Aplikacje Internetu rzeczy (IoT), które są wdrażane w sieciach rozległych, wymagają niezawodnych protokołów komunikacyjnych co1TP14. LTE-M lub LTE-Cat M1 jest takim protokołem WAN. Należy on do Sieć WAN o niskim poborze mocy (LPWAN), gdzie inne technologie, takie jak LoRa i NB-IoT. Można go uznać za opartego na technologii komórkowej konkurenta innych technologii LPWAN, specjalnie ukierunkowanego na realizację aplikacji WAN IoT. Po raz pierwszy został wydany w Wydanie 13 przez 3GPP w 2016 roku. Znaczenie LTE-M polega na jego zastosowaniach o niższej przepustowości w łączeniu urządzeń o ograniczonych zasobach za pośrednictwem sieci WAN. LTE-M opiera się na istniejącej infrastrukturze komórkowej, zmniejszając w ten sposób koszty ogólne tworzenia nowej infrastruktury. LTE-M może zapewnić szybkość transmisji danych do 4 Mb/s zgodnie z wersją 14.

Jak działa LTE-M?

LTE-M w przeciwieństwie do swoich komórkowych odpowiedników, takich jak LTEkoncentruje się na IoT i M2M aplikacje w sieci rozległej. W tym celu LTE-M ma pewne wbudowane funkcje, co czyni go idealnym kandydatem do tego celu.

Pierwszym wyzwaniem do pokonania jest wysokie zużycie energii w starszych technologiach komunikacji komórkowej. Aby temu zaradzić, LTE-M wykorzystuje dwie wyjątkowe cechy. Są to:

• Tryb oszczędzania energii (PSM)
• Rozszerzony odbiór nieciągły (eDRX)

W trybie PSM urządzenie przechodzi w tryb uśpienia podczas rejestracji w sieci. Jednak przed przejściem w stan uśpienia urządzenie powinno powiadomić sieć o czasie, w którym może się ponownie obudzić. Urządzenie może pozostawać w stanie bezczynności przez 12 dni. Może również zostać uruchomione przed określonym czasem przez sytuację awaryjną, taką jak alarm. Ten stan uśpienia jest znany jako zarejestrowane uśpienie. Po wybudzeniu ze stanu bezczynności urządzenie wysyła dane i powinno odczekać pewien czas na odpowiedź sieci.

eDRX zmniejsza tendencję urządzenia do kommunicate z siecią. Normalne LTE ma cykl przywoływania co 1,28 sekundy. Z drugiej strony, w przypadku urządzenia LTE-M byłoby to co 10,24 sekundy. Sugeruje to, że urządzenie LTE-M miałoby mniejszą częstotliwość przywoływania, zmniejszając w ten sposób zużycie energii w stanie aktywnym. Różnica między sposobem, w jaki PSM i eDRX osiągają niskie zużycie energii, polega na tym, że PSM zmniejsza zużycie energii w stanie bezczynności, podczas gdy eDRX zmniejsza zużycie energii w stanie aktywnym. Połączenie tych funkcji może wydłużyć żywotność baterii urządzenia nawet o 36 lat w idealnym przypadku. Jednak ze względu na prądy upływu i aspekty samorozładowania baterii oczekuje się, że będzie to około 10 lat.

Niski koszt urządzeń jest kolejnym krytycznym czynnikiem, który bierzemy pod uwagę przy wyborze odpowiedniej technologii komunikacyjnej co1TP14 dla naszej aplikacji IoT i M2M. Aby sprostać temu wyzwaniu, 3GPP wydała wersję 12. W wersji 12 wprowadzono główne funkcje redukcji kosztów i optymalizacji. Po pierwsze, zezwolono na półdupleks FDD w porównaniu do pełnego dupleksu FDD w LTE, co wyeliminowało użycie filtra dupleksowego. Zmniejszono również przepustowość do 1,4 MHz i wprowadzono niską szybkość transmisji, zmniejszając w ten sposób złożoność urządzenia. Co więcej, w wersji 13 lub LTE-M, obsługiwana była bardziej wąskopasmowa konstrukcja RF wraz z niską mocą nadawania. Czynniki te złożyły się na bardziej opłacalne i konkurencyjne urządzenia korzystające z LTE-M.

Dodatkowo, kolejnym wyzwaniem jest koszt wdrożenia LTE-M i osiągnięcia pełnego zasięgu. Aby przezwyciężyć koszty wdrożenia, urządzenie LTE-M integruje się z istniejącą infrastrukturą LTE, a w celu zwiększenia zasięgu LTE-M zapewnia dodatkowy budżet łącza w wysokości 15 dB. Ten dodatkowy budżet łącza zwiększa zasięg obszaru siedmiokrotnie.

Mapa zasięgu LTE-M

Mapa zasięgu LTE-M to przydatne narzędzie dostarczane przez różnych dostawców LTE-M w celu popularyzacji wykorzystania LTE-M w domenie IoT. Mapa zasięgu pomaga użytkownikom określić wsparcie LTE-M w danym regionie. Niektórzy z popularnych dostawców to Velos, Verizon, AT&T i EMnify. (Jedna z takich map rozmieszczenia mobilnego IoT dostarczona przez GSMA jest pokazana poniżej).

LTE-M vs NB-IoT

LTE-M i NB-IoT to wąskopasmowe technologie komunikacyjne LPWAN co1TP14. Obie są oparte na technologii komórkowej. LTE-M jest częścią wersji 13, podczas gdy NB-IoT jest częścią wersji 14 3GPP. W związku z tym obie wykorzystują licencjonowane spektrum działania. LTE-M ma dobry zasięg w porównaniu do NB-IoT, ponieważ wykorzystuje istniejącą infrastrukturę komórkową 4G. Pod względem opóźnień i szybkości transmisji danych LTE-M ma przewagę, będąc najlepszym rozwiązaniem w porównaniu do NB-IoT. Szybkość transmisji danych LTE-M wynosi od 384 kb/s do 1 Mb/s, podczas gdy szybkość transmisji danych NB-IoT wynosi mniej niż 250 kb/s. NB-IoT ma jednak dobrą odporność na zakłócenia w porównaniu do LTE-M. Ponadto zarówno LTE-M, jak i NB-IoT mają dobry zasięg wewnętrzny i wydajność w porównaniu do innych technologii LPWAN.

LTE-M jest najlepszym rozwiązaniem w porównaniu do NB-IoT, jeśli aplikacja wymaga wysokiej mobilności. LTE-M wykorzystuje możliwość przełączania zapewnianą przez technologię komórkową LTE, biorąc pod uwagę, że w każdym obszarze istnieje zasięg. Ponadto LTE-M wykorzystuje stos komunikacyjny comm oparty na protokole IP, podczas gdy NB-IoT wykorzystuje stos komunikacyjny comm oparty na wiadomościach. Kolejną interesującą cechą, oprócz wysokiej mobilności, LTE-M dziedziczy funkcję Voice over LTE (VoLTE). Nie jest to obecne w NB-IoT.

Wreszcie, LTE-M jest odpowiednią alternatywą dla urządzeń, które wymagają większej liczby aktualizacji oprogramowania układowego i oprogramowania często w trakcie ich cyklu życia. Obsługuje również roaming w sieciach i obecnie zyskuje popularność w regionie Ameryki Północnej w porównaniu do NB-IoT, który jest popularny w regionach Europy i Azji.

Zalety LTE-M

Zobaczmy niektóre z możliwych zastosowań LTE-M w domenie LPWAN IoT i M2M. Wcześniej warto przedstawić główne zalety LTE-M w następujący sposób:

• Długa żywotność baterii: Jest to możliwe dzięki PSM i eDRX.
• Mniej kosztowne urządzenia: LTE-M zapewnia niedrogie urządzenia z atrakcyjnymi funkcjami LTE
• Lepszy zasięg: LTE-M zapewnia większy zasięg niż NB-IoT dzięki dodatkowemu budżetowi łącza.
• Obsługa dużej liczby urządzeń: Dzięki optymalizacjom i zmianom w rdzeniu sieci komórkowej LTE, LTE-M może obsługiwać dużą liczbę urządzeń jednocześnie.
• Wysoka przepustowość i zabezpieczenie na przyszłość: Dzięki wysokiej przepustowości LTE-M może obsługiwać aktualizacje oprogramowania i oprogramowania układowego bez rozładowywania baterii. Zwiększa to oczekiwaną żywotność urządzenia.

LTE-M jest atrakcyjnym rozwiązaniem w przypadku wysokich wymagań mobilności, takich jak śledzenie zasobów i śledzenie zwierząt przez sieć WAN. Ponieważ może obsługiwać wiele urządzeń, jest również szeroko stosowany w aplikacjach Smart City. Ponadto, ze względu na możliwość roamingu, jest to jedno z najlepszych rozwiązań dla aplikacji motoryzacyjnych i logistycznych. Obejmują one zarządzanie flotą i optymalizację tras. Ponadto, ponieważ przesyła dane w określonych odstępach czasu i wykorzystuje PSM, jest szeroko stosowany w aplikacjach wymagających niskiej częstotliwości transmisji danych, na przykład w inteligentnych licznikach.

Przyszłość i czynniki napędzające LTE-M

Przyjęcie LTE-M jest napędzane przez

• Niski koszt i niskie koszty wdrożenia: Ponieważ LTE-M wykorzystuje istniejącą infrastrukturę w porównaniu z nowymi technologiami komórkowymi, takimi jak 5GLTE-M jest bardzo przystępnym rozwiązaniem.
• Pod względem zasięgu i efektywności energetycznej LTE-M zapewnia dobre możliwości i jest dobrym kompromisem tych warunków.
• LTE-M ma minimalną obsługę głosu i szybkość transmisji danych w porównaniu z nowoczesnymi rozwiązaniami, takimi jak 5G.

Te czynniki i wysoka konkurencyjność na rynku sprawiają, że LTE-M jest lepszym rozwiązaniem LPWAN IoT i M2M.

Wnioski

LTE-M to idealne rozwiązanie dla aplikacji LPWAN, jeśli potrzebujesz wysokiej mobilności przy niskim koszcie urządzeń i niskich kosztach wdrożenia. Należy również zauważyć, że może obsługiwać duże ilości urządzeń, co ma kluczowe znaczenie w przypadku większych wdrożeń. Ostatecznie można stwierdzić, że LTE-M jest lepszym rozwiązaniem na konkurencyjnym rynku IoT.