LTE Cat. 1, LTE-M eller NB-IoT – hvilken teknologi passer til jeres IoT-løsning?
Der er 3 LTE-baserede standarder indenfor cellular communication, som er specielt designet til brug indenfor Internet of Things (IoT). Der er LTE Cat. 1, som blev introduceret i 2009, og så er der LTE-M og NB-IoT, der blev introduceret i 2016 som en del af de trådløse Low Power Wide Area (LPWA) specifikationer.
Cat. 1 og trådløs LPWA tilbyder begge fordele fra 3GPP standardiseringen og er langtidsholdbare løsninger for IoT, men de varierer indenfor hvad vi kalder “SSOK”: Signaldækning (og båndbredde), Strømforbrug, Omkostninger (designkompleksitet) og Kapacitet (mange IoT installationer per celle).
Med flere variationer kan det være svært at vide hvilken standard, som passer bedst til ens behov. For at hjælpe med udvælgelsen, vil vi prøve at highlighte forskellene her.
For at gøre det meget nemt; valget mellem Cat. 1 eller LPWA afhænger primært af to ting: geografi og dataforbrug.
I nogle regioner er LPWA ikke tilgængeligt. I andre regioner kan tilfældet være at Cat. 1 ikke har den fornødne dækning, og at det kan kræve flere varenumre at håndtere de forskellige bånd i de forskellige lange. Og i områder, hvor der er dækning fra begge standarder skal man også kigge på brugssituationen for at vælge rigtigt.
Cat. 1, LTE-M eller NB-IoT dækker forskellige behov
Lad os starte med at kigge på de to forskellige standarder først. Hvordan har 3GPP udviklet de trådløse standarder. I 2009, det var flere år før nogen talte om “IoT” var 3GPP sigtet mod “machine-to-machine” operation som en vigtig kilde som udvidelse og der blev inkluderet en protokol for “M2M” connectivity i Release 8, en del af introduktionen af Long-Term Evolution (LTE).
Den nye M2M protokol, klassificeret som User Equipment (UE) Category som LTE Cat. 1, havde en maximum downlink hastighed på 10 Mbps og en maximum uplink hastighed på 5 Mbps. Det gjorde standarden uaktuel for private forbrugere, men meget nyttig for netværksudstyr, som skulle sende data. I 2016, kaldte 3GPP begrebet for “Internet of Things” og det blev til en endnu mere central del af cellular communication med Release 13. Ved at bygge på protokoller for Low Power Wide Area (LPWA) operation, introducerede 3GPP to standarder for low-bandwidth, battery-powered devices: LTE forbedringer for Machine Type Communication (LTE eMTC eller LTE-M), og NarrowBand Internet of Things (NB-IoT). Klassificeret under en enkelt UE kategori, LPWA, blev de to tilføjelser målrettet til sager med meget lavt dataforbrug. LTE-M var defineret med en peak downlink/uplink hastighed på 1 Mbps, og NB-IoT med en peak downlink hastighed omkring 200 kbps og 250 kbps på uplink. Ankomsten af de nye LPWA standarder og deres support af low-power operation gjorde dem perfekte som den rigtige standard for mange IoT-løsninger.
De er designet til at sameksistere
Introduktionen af trådløs LPWA gav ikke nogen negativ afsmitning på Cat. 1, og de to nye bånd har haft deres eget segment indenfor IoT siden starten. Cat. 1 er fortsat anvendelig til enheder med behov for større båndbredde, mens de to andre standarder dækker behovet for simplere, billigere og meget effektive måder at supportere små batteri-drevne enheder som f.eks. sensorer som kan transmittere aflæsninger eller en lokation.
3GPP er forpligtet til at vedligeholde begge standarder. I 2018 annoncerede de, at LTE-M og NB-IoT, vil fortsætte som en del af 5G specifikationerne. I det samme år, som en del af Release 14, blev 3GPP revideret til den originale Cat. 1 standard.
Den reviderede version, som kaldes for Cat. 1 bis, ændrer standarden fra 4G LTE kravene til to antenner til blot en enkelt. Cat. 1 bis revisionen reducerer device kompleksitet, krymper på PCB footprint, og sænker Bill of Material (BoM) omkostningerne. Eftersom der ikke er nogen dedikeret signalering for Cat. 1 bis, vil enhver Cat. 1 enhed med en enkelt antenne (altså uden Rx diversity) vil nu fungere i et Cat. 1 netværk.
Alle er gode standarder
Inkluderingen i 3GPP releases betyder at Cat. 1, LTE-M, og NB-IoT nu alle er en del af den globale Cellular Network familie, og tilbyder de samme fordele indenfor sikkerhed, fakturering og SIM kontrol som de øvrige 2G/3G/4G/5G standarder.
Det betyder, at Cat. 1, LTE-M og NB-IoT er en del af 3GPP’s lang-sigtede strategi og er således velegnede til fremtidige installationer. Cat. 1, LTE-M og NB-IoT er også gode kandidater for den igangværende migration af ældre 2G/3G enheder, som skal udskiftes før dækningen ophører.
Global standardisering af afgørende betydningen inden for trådløs LPWA, eftersom LTE-M og NB-IoT er de eneste LPWA formater defineret af 3GPP og er en del af definitionen af 5G.
Andre LPWA optioner, som f.eks. SigFox og LoRa (som er proprietære), opererer indenfor det ulicenserede spektrum og forventes ikke at have den samme levetid som LTE-M eller NB-IoT.
Anbefalede LTE Cat. 1 installationer
Ved at kunne levere mere down- and uplink hastigheder end LTE-M og NB-IoT, er Cat. 1 ideel til applikationer som har behov for mere båndbredde.
Smarte kommercielle bygninger
Med missions-kritiske bygningsapplikationer, som f.eks. overvågningskameraer, tyverialarmer bruges ofte mere data end LPWA teknologierne kan tilbyde.
Cat. 1 devices kan også anvendes som Smart City infrastruktur for at integrere data-intensive smarte muligheder som f.eks. digital signage, interaktive kiosker og pengeautomater.
Fleet Management
En af de hurtigst voksende segmenter indenfor IoT er køretøjstelematik, en gruppe af applikationer, som benytter tracking devices til at indsamle data fra køretøjer og levere data til back-end applikationer, hvor det kan processes og blive vist og analyseret.
Fleet management plejede at være noget med biler, men der er også kommet nye ting til som f.eks. delebiler, elcykeludlejning, golfbiler og meget andet.
Anbefalede LTE-M og NB-IoT installationer
Generelt anbefales LTE-M til løsninger som bevæger sig, mens NB-IoT er bedre til stationære installationer. Når det er sagt, så er roaming en sekundær overvejelse for begge standarder, men især for NB-IoT, hvor nye roaming aftaler er på plads kan det være en mulighed.
Her kommer nogle eksempler på installationer i forskellige sammenhænge:
Logistik
LTE-M og NB-IoT kan fungere uden strømforsyning og behøver ikke løbende opladning, så det kan være en god løsning til tracking-løsninger med bevægelige objekter.
Også takket være den gode dækning på LTE-M og NB-IoT har det mindre betydning om der skal trackes udendørs eller indendørs. Sensorer kan benyttes til at monitorere varer under transport og hurtigt give besked, hvis der er overskridelser på luftfugtighjed eller temperatur. Eller f.eks. lyspåvirkning, chock, vibrationer med mere.
Industri/fremstilling
Industriel IoT er allerede med til at forbedre sikkerhed og effektivitet på produktionslinier, men når det kommer til overvågning af f.eks. petrokemikalier, farlige kemikalier, spildprodukter, vandforurening på fjerne lokationer kan der gøres rigtigt meget.
Med low-power og lave omkostninger til sensorer som benytter LTE-M og NB-IoT kan der spares på bemanding og samtidigt holdes standarderne høje og der spares mange penge på at opdage problemer tidligt.
Smart City infrastruktur
Store udrulninger af IoT udstyr til fornyelse af byens infrastruktur, fra gader,
trafiklys og parkeringspladser, bygninger, offentlige pladser og offentlig trafik gør livet lettere i navigere i – uanset om det hjælper en med at finde en ledig parkeringsplads eller fortælle en hvornår den næste bus ankommer.
Det kan også være med til at gøre det offentlige rum mere sikkert.
Forsyning
LTE-M og NB-IoT tillader monitoring af remote infrastruktur og udstyr, som f.eks. underjordiske rørledninger, vindmøller, solpaneler samt smart meters. Resultatet er forbedret effektivitet med support for forebyggende service og giver access til vital real-time information, som f.eks. energiforbrug.
Den lave latency på LTE-M, sammenlignet med andre LPWA teknologier, giver også mulighed for hurtig aktivering af remote styringer. Sensorer kan også benyttes til at finde eventuelle lækager i vandbårne systemer, give hurtigere responstid, højere effektivitet og mindre omkostninger.
Landbrug
LTE-M og NB-IoT gør det let at tracke og monitorere større dyr, og understøtter en række brugsscenarier som f.eks. indeholder diverse sensorer, f.eks. jordkvalitetssensorer og miljøsensorer for temperatur og luftfugtighed.
LTE-M og NB-IoT kan også anvendes til analyse af vandniveauer og udsende advarsler om forestående oversvømmelser o.s.v.
