При подготовке к проектированию устройств Интернета вещей для крупномасштабных сетей выбор подходящего стандарта Интернета вещей является проблемой, которую необходимо решить в начале проектирования продукта.Он определяет, какое оборудование требуется нашим устройствам и операторы, которые будут использоваться, когда устройства выпущены.
С упадком сетей 2G и 3G существующие крупномасштабные сотовые устройства IoT могут использовать следующие стандарты 4G LTE: LTE Cat.1, LTE-M или NB-IoT. Чтобы сделать разумный выбор, нам необходимо сначала понять характеристики и преимущества LTE Cat.1, LTE-M и NB-IoT.
Технология Cat.1 представляет собой технологию модуляции и кодирования технологии LTE (Long-Term Evolution). В 2007 году Проект партнерства третьего поколения (3GPP) начал разработку стандарта LTE с целью обеспечить более высокие скорости передачи данных, меньшую задержку и лучшее использование спектра. В 2008 году орган по стандартизации 3GPP Release 8 определил пять категорий спецификаций пользовательского оборудования (UE). LTE Cat.1 определяет максимальную скорость передачи данных как загрузку 5 Мбит/с (UL 5 Мбит/с) и загрузку 10 Мбит/с (DL 10 Мбит/с).
Технология Cat.1 может обеспечить относительно высокую скорость передачи данных и в то же время обладает характеристиками низкого энергопотребления и низкой стоимости, что может обеспечить лучшие решения для подключения устройств IoT. Таким образом, технологию Cat.1 можно рассматривать как оптимизацию и расширение устройств Интернета вещей на основе технологии LTE.
Применимо во всем мире:
технология Cat.1 использует технологию LTE, которая является универсальной технологией соединения, которую можно использовать по всему миру без необходимости учитывать стандарты беспроводной связи и диапазоны частот различных регионов и стран.
Низкое энергопотребление:
Используя технологию мультиплексирования с разделением частот на одной несущей (SC-FDMA) и технологию полупрозрачной адаптивной модуляции (16-QAM), эти две технологии могут эффективно снизить энергопотребление, продлевая срок службы батареи устройства. Однако NB-IoT также имеет преимущество низкого энергопотребления и широко используется в таких сценариях, как считывание показаний счетчиков беспроводной связи.
Высокоскоростная передача:
по сравнению с другими технологиями подключения с низким энергопотреблением и низкой пропускной способностью, технология Cat.1 может обеспечить более высокие скорости передачи данных: скорость нисходящей линии связи до 10 Мбит/с и скорость восходящей линии связи 5 Мбит/с.
Низкая стоимость:
Cat.1 обеспечивает высокоскоростную передачу за счет использования меньшего количества аппаратных ресурсов, что эффективно снижает стоимость оборудования. По сравнению с Cat.4, Cat.1 не требует перестройки сети и может быть легко подключен к существующей сети 4G.
Надежность:
благодаря многочисленным техническим оптимизациям, таким как канальное кодирование и адаптивная модуляция, Cat.1 может повысить надежность и стабильность передачи данных.
Преимущества LTE Cat.1 в стоимости и сетевых возможностях завоевали ему большую часть рынка. Его основные сценарии применения включают: Интернет транспортных средств, розничные приложения Интернета вещей, системы домашней безопасности, интеллектуальные носимые устройства и т. д.
Сегодня индустрия Интернета вещей ищет более дешевые наборы микросхем и модули, и многие системы Интернета вещей больше не требуют более высоких скоростей передачи данных. Стандарт узкополосного Интернета вещей (NB-IoT) предназначен для устройств Интернета вещей с меньшими требованиями к данным. Скорость передачи данных ограничена примерно 160 Кбит/с в версии 3GPP 14. Если нам не нужны более высокие скорости передачи данных, мы можем выбрать NB-IoT, чтобы снизить стоимость и энергопотребление продукта.
Низкое энергопотребление: низкое энергопотребление является одной из наиболее важных особенностей NB-IoT. Устройства NB-IoT могут обеспечить более длительный срок службы батареи и снизить затраты. Обычно его используют для устройств с низким энергопотреблением и нечастой передачей данных.
Широкий охват: NB-IoT улучшает покрытие сети внутри помещений и обладает мощными возможностями покрытия внутри помещений, что может удовлетворить потребности широкого покрытия в отдаленных районах и потребности в глубоком покрытии, например, в подземных гаражах.
Большие соединения: NB-IoT поддерживает большее количество устройств в сети. Под одной и той же базовой станцией NB-IoT может обеспечить в 50–100 раз больше соединений, чем существующие технологии беспроводной связи.
Низкая стоимость: по сравнению с LoRa, NB-IoT не требует развертывания новой сети, а низкая скорость, низкое энергопотребление и низкая пропускная способность также дают чиповым модулям NB-IoT преимущество в низкой стоимости.
Распространенные сценарии применения NB-IoT: интеллектуальные сельскохозяйственные приложения, приложения для интеллектуальных зданий, системы мониторинга загрязнения окружающей среды, промышленные датчики IoT и т. д.
С точки зрения ограничений скорости передачи данных, скорость передачи данных LTE-M находится между NB-IoT и Cat.1; скорость передачи данных LTE-M достигает 1,1 Мбит/с. Кроме того, как LTE-M, так и NB-IoT снижают стоимость, энергопотребление и пропускную способность сети крупномасштабных систем Интернета вещей.
Категория 1 применима ко всем сотовым сетям мира. Если наши продукты должны быть ориентированы на глобальный рынок, то категория 1 — лучший выбор. Если требования к передаче данных наших продуктов находятся между скоростями передачи данных NB-IoT и Cat.1, то LTE-M будет иметь больше преимуществ в крупномасштабных приложениях IoT.
Высокая скорость: LTE-M поддерживает пиковую скорость восходящей и нисходящей линии связи до 1 Мбит/с, что может удовлетворить потребности приложений Интернета вещей, таких как передача голоса и низкоскоростное видео.
Возможность обнаружения: недорогая технология позиционирования делает ее применимой для отслеживания логистики, отслеживания грузов и других сценариев.
Мобильность: LTE-M поддерживает подключенную мобильность.
Поддержка голоса: LTE-M поддерживает голос VoLTE и может использоваться в носимых устройствах.
LTE-M в основном используется в сценариях Интернета вещей, таких как умные носимые устройства, умные дома и медицинский мониторинг.
Прежде всего, продукты, которые нам нужны, разные. Нам нужно выбирать, исходя из потребностей продукта или потребностей проекта. NB-IoT, Cat.1 и Cat.M имеют свои преимущества.
Прежде всего, мы должны определить ключевые требования к продукту, например: имеет ли оборудование более высокие требования к скорости передачи данных. Если есть более высокие требования, нам нужно выбрать Cat.1 с более высокой скоростью передачи для разработки наших продуктов. В то же время с точки зрения производительности продукта также существуют требования к энергопотреблению, задержке и надежности.Например, если проектируемый продукт является мобильным продуктом и его неудобно подключать и устанавливать источник питания, он будет использовать аккумуляторное питание, чтобы вы могли отдать приоритет при выборе.Рассмотрите продукты с низким энергопотреблением и в конечном итоге выберите соответствующий протокол в сочетании с другими требованиями.
Стоимость важна для любого продукта и проекта, и ее необходимо выбирать на основе бюджета проекта. При выборе продуктов LTE мы должны не только обращать внимание на затраты на разработку и материальные затраты, но также учитывать затраты, которые будут нести операторы.Когда наши продукты используются в течение длительного времени, плата операторам будет выше.
Сложность разработки продукта, цикл поставки материалов и сложность производственных испытаний также являются важными факторами, которые необходимо учитывать.