NB-IoT和Cat-M1与Cat-1:如何选择正确的LTE-IoT标准

计划在全球实施物联网或需要升级现有2G和3G蜂窝网络的公司有多种LTE物联网标准可供选择。

首先,有两个新的LTE标准:NB IoT代表窄带物联网;而Cat-M1也被称为LTE-M,是专为IoT设计的。它们引起了广泛的关注,被认为是将推动下一代蜂窝IoT部署的技术。运营商已经开始部署这两个标准。

然后,您可能没有听说过第三种选择,但它最适合当今的全球物联网部署:称为Category 1 (Cat-1)的LTE标准。

继续阅读,我们将解释这三种标准的基础知识,研究它们的优点和局限性,然后详细说明为什么应该考虑Cat-1。

什么是NB-IoT

NB-IoT是第三代合作伙伴计划(3GPP)作为蜂窝通信LTE标准第13版的一部分开发的标准。这是一种低功率,广域网(LPWAN)技术,在许可频谱上运行,专为具有低带宽需求的IoT设备而设计。

与其他现有蜂窝标准相比,它价格低廉,提供了更好的室内覆盖范围,消耗的功率更少,因此具有更长的电池寿命。

NB-IoT在半双工模式下的上行速度为66kbps,下载速度为26kbps,这意味着数据一次只能流向一个方向。它还有1.6到10秒的延迟。

NB-IoT在非常狭窄的带宽(180 kHz)中运行,可以部署在LTE网络的保护带部分,即频谱中未使用部分的通道之间。

因此,它最适合需要少量、间歇性数据传输且延迟无关紧要的简单IoT设备。

蜂窝技术提供远程支持和强大的信号穿透能力,因此适合长距离和室内或地下使用。但是它无法处理蜂窝塔台的切换,因此只能用于固定式IoT应用。

NB-IoT的用例包括智能燃气表、水表和电表、智能城市应用(例如智能路灯和停车传感器)以及其他不发送频繁或大量数据的遥感应用。其中包括HVAC控制,工业监控器和监控灌溉系统并检测泄漏的农业传感器。

什么是Cat-M1

Cat-M1也称为LTE-M,也是3GPP作为LTE标准第13版的一部分开发的低成本LPWAN技术。它是NB-IoT的补充技术,速度更快,上传和下载速度为1Mbps,延迟时间更低,为10到15毫秒。

Cat-M1提供足够快的带宽,可以替代许多当前的2G和3G IoT应用程序。它与NB-IoT在其他方面有所不同:Cat-M1支持蜂窝塔式越区切换,因此可与移动应用程序配合使用,例如资产跟踪和车队管理。它还支持物联网应用程序中的语音功能,例如医疗警报设备和家庭报警系统,在这些应用中,人们说话的能力是很重要的。

该标准使用1.4 MHz的带宽,还具有足够的吞吐量,可以将固件,软件和其他安全更新传输到IoT设备(包括完整的Linux操作系统),而NB-IoT无法做到。此外,Cat-M1支持全双工和半双工,这意味着公司可以通过选择半双工来降低功耗并延长电池寿命。

Cat-M1的良好应用案例包括可穿戴设备,如健身腕带、智能手表和自动柜员机(ATM),以及资产跟踪、健康监视器和警报。它还与窄带物联网NB-IoT有一些交叉,可以与智能电表和工业监视器一起工作。

什么是Cat-1

Cat-1是为需要中、低带宽的物联网设备设计的。它是3GPP标准的第8版的一部分,所以它是一个较老的,但仍然是当前的技术。

Cat-1(在全球运营商中已被广泛采用)提供的上传速度为5Mbps,下载速度为10Mbps,延迟为50到100毫秒。在全双工模式下,它使用高达20 MHz的带宽,并支持塔切换。

Cat-1可以管理NB-IoT和Cat-M1支持的低功耗应用程序,但它也可以支持更高的带宽需求,因为它比它的两个同类产品提供更好的性能和更低的延迟。另一方面,与NB-IoT和Cat-M1相比,Cat-1耗电量更大,信号范围略短。

Cat-1还支持语音和移动IoT应用程序,还为2G和3G应用程序(例如资产跟踪,智能电表和其他远程传感器)提供了良好的迁移路径。

其他良好的用例包括可穿戴设备、销售点终端、自动柜员机、零售亭、视频监控、联网医疗、消费电子设备和一些车辆远程信息处理数据。它还支持共享移动应用,如自行车和滑板车租赁,以及复杂的物联网设备,如数字标牌和自动无人机送货。

但是,Cat-1的速度不足以满足未来自动驾驶汽车的需求。为了满足更高的带宽需求,Cat-4 LTE标准达到了50Mbps的上传速度和150Mbps的下载速度,可以更好地处理视频监控和其他实时视频应用以及车载热点和车载信息娱乐系统。

未来的5G蜂窝网络将提供高速、低延迟的通信,以支持自动驾驶汽车、医疗保健中的远程手术以及未来的其他高带宽应用。

窄带物联网NB-IoT和Cat-M1 (LTE-M)的现状和当前局限性

研究人员预计,随着更多运营商在未来几年实施这两项技术,将稳步采用运行在窄带物联网和Cat-M1网络上的物联网设备。

根据2019年11月的《爱立信移动性报告》,到2025年底,NB-IoT和Cat-M1预计将占所有蜂窝物联网连接的52%。类似地,在另一项研究中,分析公司ABI Research 预测到2026年,NB-IoT和Cat-M1将占36亿LPWAN连接的60%。

尽管NB-IoT和Cat-M1提供了许多好处,但目前这两种技术都存在一些局限性,即它们仍然是新兴技术,并且在全球范围内覆盖范围仍然有限。

全球覆盖和漫游能力。北美、欧洲和亚洲的运营商已经开始采用这两种技术,但由于NB-IoT和Cat-M1是互补技术,一些运营商选择同时支持这两种技术。事实上,根据爱立信移动报告,截至2019年11月,在部署了NB-IoT或Cat-M1的114家服务提供商中,近25%已经实现了这两种服务。

但是,尽管运营商在采用NB-IoT和Cat-M1方面取得了进展,但它们尚未在全球广泛部署。这限制了漫游功能。如果您的公司有一个特定的物联网用例,需要在Cat-M1网络上的运营商之间漫游,则由于采用率仍然有限,可能无法实现。

真的是低功耗吗? 实际上,NB-IoT和Cat-M1的功耗比Cat-1、2G和3G网络等以前的蜂窝技术要少。新标准还包括一些其他省电功能,可以进一步降低功耗并延长IoT设备的电池寿命。但是,这些高度吹捧的功能可能无法兑现其承诺,因为运营商可能未完全支持它们。

更具体地说,NB-IoT和Cat-M1设备可通过以下两项功能长时间睡眠:省电模式(PSM)和扩展不连续接收(eDRX)。借助PSM,使用NB-IoT和Cat-M1的IoT设备可以无限期休眠,然后在预定时间唤醒以发送和接收数据。

使用eDRX,物联网设备可以将寻呼周期从正常的1.28秒间隔增加到10.24秒。eDRX技术使IoT设备能够休眠预定义数量的超帧或10.24秒的倍数,因此NB-IoT设备可以休眠多达三个小时,而Cat-M1设备可以休眠多达40分钟 。

但是,由于eDRX和PSM的使用不完全由IoT设备决定,因此对eDRX和PSM节省的电量存在潜在的限制。实际上,这取决于每个特定的载波以及每个载波是否支持所有可用的低功率模式。运营商可能仅会采用部分低功耗模式,这意味着IoT设备可能无法充分发挥eDRX和PSM的优势。

为什么Cat-1是当今的最佳选择

今天需要在全球部署物联网的公司应该考虑Cat-1,因为Cat-M1和NB-IoT这两种新替代品在大多数市场还没有准备好。

相比之下,Cat-1现在已经可以使用,并且得到了全世界运营商的广泛支持。它成本低,在物联网部署中很受欢迎,价格与目前的Cat-M1和NB-IoT模块差不多。尽管它确实比Cat-M1和NB-IoT消耗更多功率,但它确实使用了相当低的功率并支持更长的距离。

省电很重要。但我们可以这样看:2G和3G并不是低能耗技术。随着2G和3G网络的关闭,需要升级物联网部署的公司会发现,Cat-1比旧的2G和3G网络更节能。

毫无疑问,Cat-M1和NB-IoT是未来。实际上,3GPP计划发展NB-IoT和Cat-M1并将其合并为5G标准。

但Cat-1和LTE通常不会很快消失。运营商仍处于5G网络建设的初期阶段,因此,LTE网络将至少在几年内保持事实上的标准。即使在那之后,LTE网络和Cat-1仍将存在,并且在一段时间内不会被淘汰。

简单地说,如今需要在全球部署物联网或从2G和3G网络升级的公司,不能等待Cat-M1和NB-IoT作为一项技术在全球扩张和成熟。Cat-1是一个可行的、强大的解决方案,在今天和未来几年,为您当前的物联网需求提供最广泛、最彻底的覆盖。

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