Что такое LTE-M и как он сопоставляется с NB-IoT?

Что такое LTE-M?

Приложения Интернета вещей (IoT), развернутые в глобальных сетях, требуют надежных протоколов связи. LTE-M или LTE-Cat M1 - один из таких протоколов глобальной сети. Он относится к WAN с низким энергопотреблением (LPWAN), где другие технологии, такие как LoRa и NB-IoT. Его можно считать конкурентом других технологий LPWAN на базе сотовой связи, специально направленным на реализацию приложений WAN IoT. Впервые она была выпущена в Выпуск 13 от 3GPP в 2016 году. Значимость LTE-M заключается в использовании более низкой пропускной способности для подключения устройств с ограниченными ресурсами через глобальную сеть. LTE-M опирается на существующую инфраструктуру сотовой связи, что позволяет сократить накладные расходы на создание новой инфраструктуры. LTE-M может обеспечивать скорость передачи данных до 4 Мбит/с в соответствии с Release 14.

Как работает LTE-M?

LTE-M, в отличие от своих сотовых аналогов, таких как LTEКомпания специализируется на IoT и M2M приложений через глобальную сеть. Для этого LTE-M обладает некоторыми встроенными функциями, что делает его идеальным кандидатом для этой цели.

Первая проблема, которую необходимо решить, - это высокое энергопотребление традиционных технологий сотовой связи. LTE-M, чтобы преодолеть эту проблему, использует две исключительные особенности. К ним относятся:

• Режим энергосбережения (PSM)
• Расширенный прерывистый прием (eDRX)

В режиме PSM устройство переходит в спящий режим, будучи зарегистрированным в сети. Однако перед переходом в спящий режим устройство должно уведомить сеть о времени, когда оно может снова проснуться. Устройство может находиться в состоянии бездействия в течение 12 дней. Оно также может быть включено до указанного времени в результате чрезвычайной ситуации, например сигнала тревоги. Такое состояние сна называется зарегистрированным сном. После пробуждения из состояния покоя устройство отправляет данные и должно подождать некоторое время, пока сеть ответит.

eDRX снижает склонность устройства к общению с сетью. Обычный LTE имеет цикл пейджинга каждые 1,28 секунды. С другой стороны, для устройства LTE-M этот цикл будет составлять каждые 10,24 секунды. Это говорит о том, что в активном состоянии устройство LTE-M будет реже вызывать пейджинг, тем самым снижая энергопотребление. Разница между тем, как PSM и eDRX достигают низкого энергопотребления, заключается в том, что PSM снижает энергопотребление в состоянии простоя, а eDRX - в активном состоянии. Сочетание этих функций позволяет увеличить время автономной работы устройства до 36 лет в идеальном случае. Однако из-за токов утечки и саморазряда батареи этот срок составит около 10 лет.

Низкая стоимость устройств - еще один критический фактор, который мы учитываем при выборе подходящей технологии связи для наших приложений IoT и M2M. Для решения этой проблемы 3GPP выпустила Release 12. В Release 12 были представлены основные функции снижения стоимости и оптимизации. Во-первых, была разрешена полудуплексная FDD по сравнению с полнодуплексной FDD в LTE, что позволило отказаться от использования дуплексного фильтра. Также была уменьшена пропускная способность до 1,4 MHz и введена низкая скорость передачи данных, что позволило снизить сложность устройства. Кроме того, в Release 13 или LTE-M была реализована более узкополосная радиочастотная конструкция, а также низкая мощность передачи. Все эти факторы в совокупности позволили создать более экономичные и конкурентоспособные устройства, использующие LTE-M.

Кроме того, еще одной проблемой является стоимость развертывания LTE-M и достижение полного покрытия. Чтобы преодолеть затраты на развертывание, устройство LTE-M интегрируется в существующую инфраструктуру LTE, а для увеличения зоны покрытия LTE-M предоставляет дополнительный бюджет канала связи в 15 дБ для увеличения зоны покрытия. Этот дополнительный бюджет на связь увеличивает зону покрытия в семь раз.

Карта покрытия LTE-M

Карта покрытия LTE-M - это удобный инструмент, предоставляемый различными производителями LTE-M для популяризации использования LTE-M в сфере IoT. Карта покрытия помогает пользователям определить поддержку LTE-M в том или ином регионе. Среди популярных поставщиков - Velos, Verizon, AT&T и EMnify. (Одна из таких карт развертывания мобильного IoT, предоставленная GSMA, показана ниже)

LTE-M против NB-IoT

LTE-M и NB-IoT обе технологии узкополосной связи LPWAN. Обе основаны на технологии сотовой связи. LTE-M входит в Release 13, а NB-IoT - в Release 14 от 3GPP. Таким образом, обе технологии используют лицензированный спектр. LTE-M имеет хорошее покрытие по сравнению с NB-IoT, поскольку использует существующую инфраструктуру сотовой связи 4G. С точки зрения задержки и скорости передачи данных LTE-M имеет преимущество, являясь лучшим решением по сравнению с NB-IoT. Скорость передачи данных LTE-M составляет 384 кбит/с - 1 Мбит/с, в то время как скорость передачи данных NB-IoT не превышает 250 кбит/с. Однако NB-IoT обладает хорошей устойчивостью к помехам по сравнению с LTE-M. Кроме того, и LTE-M, и NB-IoT имеют хорошее покрытие и производительность в помещениях по сравнению с другими технологиями LPWAN.

LTE-M - лучшее решение по сравнению с NB-IoT, если ваше приложение требует высокой мобильности. LTE-M использует возможность хэндовера, предоставляемую технологией сотовой связи LTE, при условии наличия покрытия в каждой зоне. Кроме того, LTE-M использует коммуникационный стек на базе IP, в то время как NB-IoT - на базе сообщений. Еще одной интересной особенностью, помимо высокой мобильности, является то, что LTE-M унаследовал возможность передачи голоса по LTE (VoLTE). Этого нет в NB-IoT.

Наконец, LTE-M - подходящая альтернатива для устройств, которым требуется частое обновление прошивки и программного обеспечения в течение всего срока службы. Он также поддерживает роуминг по сетям и в настоящее время набирает популярность в североамериканском регионе по сравнению с NB-IoT, который популярен в Европе и Азии.

Преимущества LTE-M

Рассмотрим некоторые из возможных применений LTE-M в LPWAN IoT и M2M. Перед этим стоит кратко описать основные преимущества LTE-M:

• Длительное время автономной работы: Это обеспечивается благодаря PSM и eDRX.
• Менее дорогие устройства: LTE-M предоставляет недорогие устройства с привлекательными функциями LTE
• Улучшенное покрытие: LTE-M обеспечивает большее покрытие, чем NB-IoT, за счет дополнительного бюджета на связь.
• Поддержка большого количества устройств: Благодаря оптимизациям и изменениям в базовой сети сотовой сети LTE, LTE-M может поддерживать большое количество устройств одновременно.
• Высокая пропускная способность и уверенность в будущем: Благодаря высокой пропускной способности LTE-M может поддерживать обновления программного обеспечения и прошивки, не разряжая аккумулятор. Таким образом, увеличивается срок службы устройства.

LTE-M является привлекательным решением, когда предъявляются высокие требования к мобильности, как, например, при отслеживании активов и животных через глобальную сеть. Поскольку он может поддерживать множество устройств, он также широко используется в приложениях "умного города". Кроме того, благодаря возможности роуминга, это одно из лучших решений для автомобильных и логистических приложений. К ним относятся управление автопарком и оптимизация маршрутов. Также, поскольку он передает данные с заданным интервалом и использует PSM, он широко применяется в приложениях, требующих низкой частоты передачи данных, например, в интеллектуальных счетчиках.

Будущее и движущие силы LTE-M

Внедрение LTE-M обусловлено

• Низкая стоимость и низкие затраты на развертывание: Поскольку LTE-M использует существующую инфраструктуру, по сравнению с новыми технологиями сотовой связи, такими как 5GLTE-M - это очень доступное решение.
• С точки зрения покрытия и энергоэффективности LTE-M обеспечивает хорошие возможности и является хорошим компромиссом по этим показателям.
• LTE-M имеет минимальную поддержку голосовой связи и скорость передачи данных по сравнению с такими современными технологиями, как 5G.

Эти факторы и высокая конкуренция на рынке заставляют LTE-M быть лучшим LPWAN-решением для IoT и M2M.

Заключение

LTE-M - это оптимальное решение для LPWAN, если вам нужны высокие требования к мобильности при низкой стоимости устройств и низких затратах на развертывание. Следует также отметить, что он может поддерживать большие объемы устройств, что очень важно для крупных развертываний. В итоге можно сделать вывод, что LTE-M является лучшим решением на конкурентном рынке IoT.