NB-IoT vs. LTE-M: Quais são as diferenças?

Rede de área alargada de baixa potência (LPWAN) é uma área emergente na realização de aplicações maciças da Internet das Coisas (IoT). LTE-M e NB-IoT são as tecnologias LPWAN baseadas em telemóveis mais populares no mercado para realizar Aplicações LPWAN. Neste artigo, apresentaremos brevemente o NB-IoT e o LTE-M e as suas principais diferenças para tomar uma decisão de conceção para a sua solução LPWAN. 

O que é NB-IoT? 

Esta é uma tecnologia LPWAN que permite uma largura de banda limitada, desenvolvida por 3GPP para comunicações celulares sem fios e permitir aplicações IoT maciças numa rede de área alargada. É uma das três principais normas 3GPP introduzidas para ajudar a realizar aplicações IoT maciças. O seu objetivo é a criação de redes de baixa potência e de cobertura profunda até 20 km de alcance. Também está optimizada para uma melhor latência, que pode chegar aos 10 segundos. Embora a NB-IoT funcione na espetro de frequências licenciadoO sistema é optimizado para minimizar as interferências e permitir dispositivos IoT maciços de baixo débito. Pode encontrar mais pormenores no nosso artigo anterior sobre O que é NB-IoT? 

O que é o LTE-M? 

Como já foi referido, tanto a LTE-M como a NB-IoT são tecnologias LPWAN baseadas em telemóveis introduzidas pelo 3GPP. A LTE-M ou Long-Term Evolution for Machines pode ser considerada como uma extensão da 4G-LTE introduzido para realizar Máquina a máquina (M2M) e aplicações IoT de grande dimensão. Tal como a NB-IoT, a LTE-M tem por objetivo a transmissão de pequenos blocos de dados que exigem uma grande largura de banda através da Internet a partir de dispositivos finais com recursos suficientes. Ao contrário da NB-IoT, que está limitada a um alcance de 20 km, a LTE-M pode lidar com uma longa distância limitada pela cobertura oferecida pela rede 4G-LTE. Para mais informações sobre o LTE-M, consulte o nosso artigo anterior, o que é o LTE-M? 

Diferenças entre NB-IoT e LTE-M 

Agora que já temos uma breve compreensão do NB-IoT e do LTE-M, podemos passar em revista algumas das principais diferenças entre o NB-IoT e o LTE-M. 

O LTE-M foi lançado na versão 13 pelo 3GPP em 2016 e foi direcionado para a comunicação máquina-a-máquina. É também referido como o protocolo Cat-M. Embora o NB-IoT também tenha sido introduzido na mesma versão, foi expandido e formulado nas versões 14 e 15. Por este motivo, é também conhecido como protocolo Cat-M2. A principal razão para a introdução do NB-IoT foi a incapacidade do LTE-M para satisfazer os requisitos LPWAN. 

Outra grande diferença reside na largura de banda atribuída à transmissão de dados em ambas as tecnologias. A NB-IoT atribui apenas uma largura de banda estreita para a transmissão de dados, para dispositivos de baixo débito. Em comparação, a LTE-M atribui uma grande largura de banda para a transmissão de dados para dispositivos de baixa latência. 

A arquitetura em que assenta o LTE-M baseia-se fortemente em tecnologias celulares anteriores baseadas no IP, como o 4G-LTE. No entanto, a NB-IoT baseia-se no Evolved Packet System (EPS) e está optimizada para permitir aplicações IoT celulares. Além disso, os dispositivos ligados à LTE-M só podem ser implantados em banda, o que significa que estes dispositivos só são capazes de utilizar blocos de recursos dentro de uma portadora LTE normal. Em contrapartida, a NB-IoT pode utilizar blocos de recursos não utilizados na banda de guarda das operadoras LTE ou em operadoras autónomas para a implantação de dispositivos. Teoricamente, isto aumenta o número de dispositivos que podem ser ligados a uma determinada rede até 200.000 dispositivos por célula. 

Tanto o LTE-M como o NB-IoT suportam o eDRX (receção descontínua alargada) e o PSM (modo de poupança de energia), que ajudam a prolongar a duração da bateria dos dispositivos ligados. Por conseguinte, é difícil escolher entre a NB-IoT e a LTE-M quando se trata de uma tecnologia eficiente em termos de consumo de energia. No entanto, vários ensaios de campo sugerem que a LTE-M é eficiente em termos energéticos para uma gama normal de funcionamento e que a NB-IoT é mais eficiente em termos energéticos para uma gama mais longa de funcionamento com uma multiplicidade de interferências e penetração no ambiente. Além disso, deve notar-se que a LTE-M é ideal para grandes transmissões de dados que requerem uma capacidade de baixa potência. 

Outra métrica importante na comparação das tecnologias LPWAN celulares é a mobilidade. É a capacidade da rede de atender a dispositivos móveis que se deslocam a diferentes velocidades e direcções. A NB-IoT não suporta handover, o que impossibilita a ligação de dispositivos a estações de base em movimento. Em contrapartida, o LTE-M, que é construído sobre o 4G-LTE, é capaz de lidar com a transferência de células e a transferência no veículo. Por conseguinte, o LTE-M é o mais adequado para aplicações que requerem um elevado grau de mobilidade e o NB-IoT tem uma capacidade limitada de lidar apenas com dispositivos finais fixos. Esta caraterística de transferência também torna a LTE-M a melhor para lidar com actualizações de firmware e software, uma vez que os dispositivos podem ligar-se à rede apesar da localização e do movimento. 

Se considerarmos a velocidade de dados da LTE-M e da NB-IoT, a LTE-M tem velocidades de dados mais elevadas. Para a ligação descendente, a LTE-M pode oferecer velocidades de dados até 1 Mbits/s e a NB-IoT oferece velocidades de dados até 26 kbits/s. Quanto à transmissão de dados por ligação ascendente, a LTE-M pode oferecer velocidades de dados até 1 Mbits/s e a NB-IoT oferece velocidades de dados até 66 kbits/s. No caso das velocidades de dados, a LTE-M pode oferecer grandes velocidades e é uma opção particularmente boa para aplicações com grande consumo de dados. 

A disponibilidade global é um fator crítico na implantação de aplicações IoT. A LTE-M, que se baseia na atual infraestrutura 4G-LTE, está disponível à escala mundial e pode ser facilmente implantada. No entanto, a NB-IoT só pode ser suportada por um número selecionado de infra-estruturas celulares.  

A caraterística mais interessante do LTE-M é a capacidade de tratamento de mensagens de voz e a capacidade de suporte do eSIM. Isto permite ao utilizador implementar aplicações IoT específicas que requerem suporte de voz a longa distância. 

Vantagens e desvantagens do NB-IoT e do LTE-M 

Tendo agora uma breve compreensão das diferenças entre NB-IoT e LTE-M, vamos investigar algumas das vantagens e desvantagens destas tecnologias LPWAN baseadas em telemóvel. Mais especificamente, iremos analisar os principais benefícios de cada tecnologia, destacando assim uma em detrimento da outra. 

Principais benefícios da NB-IoT 

• Baixo consumo de energia, ideal para aplicações que requerem um elevado grau de penetração 
• Gama de funcionamento melhorada 
• Baixo custo de implantação 
• Utiliza modulação DSSS e é fácil de implementar, uma vez que se baseia no acesso múltiplo por divisão de frequência de portadora única 
• Vida útil prolongada da bateria 
• Operação baseada em mensagens 
• Pode suportar muitos dispositivos 

Principais inconvenientes da NB-IoT

• Não é possível efetuar a transferência de células 
• Velocidades de dados baixas 
• Não é possível tratar mensagens de voz 

Principais vantagens da LTE-M 

• O alcance é apenas limitado pelo alcance da rede 4G-LTE existente 
• Velocidades de dados elevadas 
• Ideal para a transmissão de grandes volumes de dados 
• Pode lidar com a transferência de células e é ideal para aplicações que exigem mobilidade 
• Funcionamento baseado em IP 
• Suporta mensagens de voz 

Principais inconvenientes da LTE-M

• Não pode suportar muitos dispositivos, uma vez que só lhes são atribuídos blocos de recursos na banda 
• Custo elevado do dispositivo em comparação com a NB-IoT 

Aplicações de NB-IoT e LTE-M 

Vamos agora classificar algumas das aplicações IoT massivas de acordo com a opção mais preferida entre NB-IoT e LTE-M. Idealmente, para aplicações que requerem velocidades de dados elevadas e grande mobilidade, o LTE-M é a opção ideal. Em contrapartida, a NB-IoT é ideal para aplicações que requerem uma elevada penetração e aplicações estacionárias. 

Aplicações da NB-IoT 

• Aplicações de contadores inteligentes e de contadores eléctricos 
• Aplicações de gestão de resíduos 
• Aplicações agrícolas inteligentes 
• Automatização da iluminação pública 
• Gestão de condutas 

Aplicações do LTE-M 

• Vestíveis inteligentes 
• Monitorização dos doentes e cuidados de saúde inteligentes 
• Rastreio de activos 
• Aplicações para cidades inteligentes 
• Sensores de baixa densidade 

Conclusão 

Neste artigo, investigámos brevemente as diferenças entre a NB-IoT e a LTE-M e identificámos a sua importância em diferentes gamas de aplicações IoT massivas. A decisão de escolher entre estes dois depende apenas da natureza e dos requisitos específicos da aplicação em que estamos interessados. Em conclusão, o NB-IoT é ideal para aplicações fixas e o LTE-M para dispositivos móveis.