NB-IoT vs. LTE-M: Was steckt hinter dem ganzen Hype um das zellulare IoT ?
In dieser Analyse betrachten wir zwei der aktuellsten Technologien im Bereich zellulares IoT: NB-IoT und LTE-M. Werfen Sie einen Blick in die Zukunft!
Kurz gesagt: NB-IoT eignet sich ideal für Anwendungen mit geringem Datenvolumen, die keine hohen Aktualisierungsraten erfordern (z. B. Smart Metering), während LTE-M hervorragend für Mobilität und Sprachkommunikation geeignet ist, da es VoLTE-Technologie für Anwendungsfälle wie intelligente Sicherheitssysteme unterstützt. Reichweite und Akkulaufzeit sind bei beiden vergleichbar.
Da zellulare IoT Technologien wie NB-IoT und LTE-M immer beliebter werden, bewegt sich das Internet der Dinge endlich in Richtung einer mobilen Welt.
IoT , auch bekannt als LTE Cat-NB1/NB2 und LTE Cat-M1/M2, sind Technologien, die von der globalen Standardisierungsorganisation 3GPP . Die folgende Tabelle fasst alle bisher verfügbaren IoT
Finden Sie das Namensschema etwas verwirrend?
Das liegt daran, dass es verwirrend ist
ab Version 15 IoT verwendet, trägt auch nicht gerade zur Verbesserung bei. Hier ist beispielsweise ein kürzlich veröffentlichtes Poster
Diese Liste von Funktionen war zwar interessant anzusehen, half uns aber nicht dabei, eine fundierte Entscheidung darüber zu treffen, welches zellulare IoT -Protokoll für einen bestimmten Anwendungsfall am besten geeignet ist. Deshalb haben wir uns entschieden, stattdessen ein klareres Bild zu zeichnen.
Lesen Sie weiter, um detaillierte Informationen darüber zu erhalten, wie das Benennungsschema von 3GPP funktioniert und warum dies für unseren ausführlichen Vergleich zwischen zwei der größten Namen im Bereich der zellularen IoT Technologien wichtig ist: NB-IoT vs. LTE-M.
Wie das Namensschema von 3GPP funktioniert
Auf den Verbrauchermärkten ist 5G das Einzige, worüber die Netzbetreiber im Jahr 2020 schwärmen, aber zellulares IoT braucht mehr als "nur" eine Geschwindigkeitssteigerung oder ein Rebranding, um sinnvoll zu sein.
Da wir über Mobilfunknetze sprechen, ist es wichtig, die Grundlagen des 3GPP-Namensschemas und die Vorgehensweise bei der Weiterentwicklung der Technologien zu verstehen.
Wie Ericsson in seinem „Alphabet-Suppe“ IoT
3GPP verwendet den Begriff „Releases“ , um einen stabilen Satz von Spezifikationen zu bezeichnen, der zur Implementierung von Funktionen zu einem bestimmten Zeitpunkt verwendet werden kann.
Wenn wir uns das obige Poster ansehen, können wir erkennen, dass wir uns derzeit in der frühen Phase von Release 16 , während Release 17 für Juni 2021 geplant ist.
informell auch als NB- IoT und LTE-M bekannt, wurden 2017 im Rahmen von Release 13 und begannen als LTE Cat-NB1 und LTE Cat-M1 (wobei „Cat“ für Kategorie, „NB“ für Schmalband und „M“ für Maschine steht).
Betrachten wir diese beiden Protokolle einmal nebeneinander.
NB-IoT vs. LTE-M: Ein ausführlicher Vergleich
Bevor wir zum Vergleich kommen, hier eine kurze Definition beider Protokolle sowie deren Kategorien der ersten und zweiten Generation.
NB:IoT
In einer Pressemitteilung vom Februar 2016 wird NB- IoT als „ein neues Funkmodul, das der LTE-Plattform hinzugefügt wurde und für den Markt mit geringer Bandbreite optimiert ist“ definiert. In ihrem das zellulare Internet der Dinge gehen sie näher auf dieses Konzept ein und heben einige wichtige Funktionen und Vorteile IoT
NB-IoT kann mit einer Systembandbreite von nur 200 kHz betrieben werden und unterstützt eine minimale Kanalbandbreite von 3,75 kHz. Dies bietet eine unübertroffene Spektrumflexibilität und Systemkapazität in Kombination mit Eigenschaften wie energieeffizientem Betrieb und extrem geringer Gerätekomplexität.
NB-IoT wurde mit Blick auf stationäre Sensoren mit geringem Stromverbrauch entwickelt.
Mit einer etwas höheren Aktualisierungsrate im Vergleich zu IoT Protokollen wie LoRaWAN NB- IoT perfekt für Anwendungsfälle, in denen eine entfernte, stationäre Datenverbindung erforderlich ist (z. B. intelligente Zähler für Kraftstofftanks, intelligente Parkplätze usw.).
Die Latenz ist mit ca. 1,5/10 Sekunden hoch.
Da es bezüglich der Namensgebung viel Verwirrung gibt, ist es wichtig zu beachten, dass die Kategorien Cat-NB1/NB2 ziemlich schwer fassbar sind (die Navigation durch die 3GPP- Veröffentlichungsdokumente ist, gelinde gesagt, mühsam), aber für das Verständnis von NB IoT .
Hier ist eine Tabelle, die die Unterschiede zwischen den beiden verdeutlicht:
| LTE Cat-NB1 | LTE Cat-NB2 | |
|---|---|---|
| Max Downlink TBS | 680 Bit | 2536 Bit |
| Maximale Downlink-Datenrate | ~26 kbps | ~80/127 kbps |
| Max Uplink TBS | 1000 Bit | 2536 Bit |
| Maximale Uplink-Datenrate | ~62 kbps | ~105/159 kbps |
| Positionierung | Zellen-ID | OTDOA, E-CID |
Quelle: Haltian
Wir haben die Tabelle bewusst übersichtlich gehalten, um unnötige Details zu vermeiden. Vereinfacht gesagt stellt LTE Cat-NB2 eine Weiterentwicklung von LTE Cat-NB1 dar und ermöglicht größere Transportblockgrößen (TBS) sowie höhere maximale Datenraten.
Eine weitere große Verbesserung bei LTE Cat-NB2, insbesondere für die Nutzung in abgelegenen Gebieten, ist die Einführung von OTDOA (Observed Time Difference of Arrival) und E-CID (Enhanced Cell ID), die eine höhere Standortgenauigkeit ermöglichen.
Die größte und willkommenste Neuerung betrifft jedoch die Mobilität. Cat-NB2 ermöglicht die Wiederverbindung im verbundenen Gerätemodus, im Gegensatz zu Cat-NB1, das die Wiederverbindung nur im Leerlaufmodus erlaubte und somit jegliche mobile Funktionalität ausschloss.
Erwähnenswert ist auch, dass NB-IoT bereits in vielen Ländern weltweit eingesetzt wird, mit einem besonderen Schwerpunkt im europäischen Raum:
In den Vereinigten Staaten Verizon eine landesweite NB- IoT -Netzabdeckung für „mehr als 92 % der US-Bevölkerung“ geschaffen, wodurch Unternehmen aus einer Vielzahl von Datentarifen für IoT Anwendungen .
LTE-M
LTE-M ist die Abkürzung für LTE-MTC, wobei „MTC“ für Machine Type Communication . Seit 3GPP Release 13 wurde LTE Cat-M1 unter die Spezifikation „eMTC“ ( Enhanced Machine Type Communication ) gestellt, zu der später die neuere Version LTE Cat-M2 hinzukam.
Direktes Zitat von 3GPP:
Die Hauptkomponenten von LTE-M sind verschiedene kostengünstige Gerätekategorien (z. B. Cat-M1 und Cat-M2) und zwei Modi zur Verbesserung der Netzabdeckung (CE-Modi A und B). LTE-M wurde entwickelt, um die Gerätekomplexität zu reduzieren und LTE im MTC-Markt wettbewerbsfähig gegenüber EGPRS zu machen. Es unterstützt sichere Kommunikation, flächendeckende Netzabdeckung und hohe Systemkapazität.
LTE-M bietet im Vergleich zu EC-GSM- IoT , NB- IoT und den meisten anderen Technologien im Bereich des zellularen IoT . Daher verbraucht es auch mehr Energie und wird nicht in so vielen Netzen eingesetzt wie NB- IoT .
Genau wie bei den NB-IoT Kategorien ist es auch wichtig, den Unterschied zwischen den LTE-M-Kategorien zu verstehen: Cat-M1 und Cat-M2 (nicht-eMTC-Technologien wie LTE Cat-0/1 lassen wir vorerst außer Acht).
Hier eine kurze Zusammenfassung der Unterschiede zwischen den beiden:
| LTE Cat-M1 | LTE Cat-M2 | |
|---|---|---|
| Sende- und Empfangsbandbreiten | 1,4 MHz | 5 MHz |
| Kanalbandbreite | 6 PRBs | 24 PRBs |
| Max Downlink TBS | 2984 Bit | 4008 Bit |
| Maximale Downlink-Datenrate | 1 Mbit/s | ~4 Mbit/s |
| Max Uplink TBS | 2984 Bit | 6968 Bit |
| Maximale Uplink-Datenrate | 1 Mbit/s | ~7 Mbit/s |
Quelle: ScienceDirect
Genau wie LTE Cat-NB2 ist auch LTE Cat-M2 eine schrittweise Verbesserung, die darauf abzielt, mehr Bandbreite bereitzustellen und gleichzeitig die Komplexität relativ gering zu halten.
Mit 5 MHz Übertragungs-/Empfangsbandbreite und der vierfachen Anzahl physikalischer Ressourcenblöcke (PRBs) unterstützt LTE Cat-M2 höhere Datenraten für eine schnellere Konnektivität.
Aus Gründen der Zugänglichkeit und der einfachen Implementierung hat LTE-M in vielen entwickelten Ländern nicht annähernd die gleiche Wachstumsrate wie NB-IoT erreicht (und ist stärker auf Nordamerika konzentriert):
Die Unterschiede zwischen NB-IoT und LTE-M
Auf Grundlage der vorangegangenen Definitionen und des oben gezeigten kurzen Videos lassen sich die Unterschiede zwischen NB-IoT und LTE-M wie folgt zusammenfassen:
| NB:IoT | LTE-M | |
|---|---|---|
| Maximale Datenrate | <100 kbps | >384 kbit/s, bis zu 1 Mbit/s |
| Latenz | 1,5-10 s | 50-100 ms |
| Stromverbrauch | Am besten geeignet bei sehr niedrigen Datenraten | Optimal bei mittleren bis hohen Datenraten |
| Mobilität | Nein für Kat.-NB1, eingeschränkt für Kat.-NB2 | Ja |
| Sprache (VoLTE) | NEIN | Ja |
| Antennen | 1 | 1 |
NB-IoT ist optimiert für:
- Verbindungen mit niedriger Datenrate
- Stationäre Nutzung (mit Cat-NB2, das eine eingeschränkte Mobilität ermöglicht)
- Extrem niedrige Kosten pro Gerät
Andererseits eignet sich LTE-M hervorragend für:
- Hohe Bandbreiten-Datenraten
- Mobilität (Anlagenverfolgung, Fahrzeuge usw.)
- Sprachverbindung über VoLTE-Technologie
Dies ergibt ein Bild, demzufolge NB-IoT am besten für kostengünstige industrielle und infrastrukturbezogene Anwendungsfälle geeignet ist, während LTE-M ideal für Unternehmenskunden ist, die sich für Transport und Logistik, einschließlich der Nachverfolgung der Lieferkette, interessieren.
Hier sind einige der besten Anwendungsfälle für jedes Protokoll:
| Anwendung | NB:IoT | LTE-M |
|---|---|---|
| Intelligente Städte | Stationäre Anwendungen mit geringem Bandbreitenbedarf, wie z. B. intelligentes Parken, Lärm- und Schadstoffüberwachung, Abfallmanagement und intelligente Verkehrsüberwachung. | Anwendungen mit hohem Downlink-Bedarf und/oder Sprachunterstützung, wie z. B. Straßenbeleuchtung, Verkehrsmanagement, Panikknöpfe und SOS-Stationen mit optionaler Sprachunterstützung. |
| Intelligente Landwirtschaft | Stationäre Anwendungen mit geringem Bandbreitenbedarf, wie z. B. Wetterstationen, Bodenfeuchte-/Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsmessungen sowie andere Umweltanwendungen. | Anwendungen mit hohem Downlink-Bedarf und/oder Mobilität, wie z. B. intelligente Bewässerung, HLK-Steuerung in Tierställen und Live-Tierverfolgung. |
| Logistik & Transport | Halbstationäre Anlagen wie gewerbliche Kühlgeräte (für Eiscreme, Getränke usw.) und Logistikausrüstung vor Ort (Regale, Transportwagen, Aufzüge und andere Lagermaschinen). | Anwendungen zur Personenortung (Autos, Fahrräder, Haustiere, Kinder), Flottenüberwachung (insbesondere Lkw) und nicht-stationäre Güter wie Logistikausrüstung (Fracht, Kisten, Paletten usw.). |
| Industrie & Fertigung | Stationäre Maschinen mit niedrigen Datenraten für Prozessvariablen, die indirekt die Produktion oder Qualität beeinflussen, die Verfolgung industrieller Anlagen und die Energieüberwachung. | Maschinen mit höherem Bandbreitenbedarf für Prozessvariablen, die sich direkt auf Produktion oder Qualität auswirken, IoT gateway, die mit SPSen zur Überwachung von Tags und zur Mitarbeiterüberwachung verbunden sind. |
Wie der Markt auf NB-IoT und LTE-M reagiert
Seit Release 13 haben die Netzbetreiber eine Reihe von Innovationen für ihre Infrastruktur eingeführt, die in einigen Fällen sowohl NB-IoT als auch LTE-M unterstützen.
Hier einige Statistiken aus „Global Ecosystem and Market Status“ (veröffentlicht im April 2019, voraussichtlich demnächst aktualisiert):
- 141 Betreiber investieren aktiv in NB-IoT -Netzwerke, 90 davon sind vollständig implementiert und bereit für den kommerziellen Einsatz.
- 60 Betreiber nutzen stattdessen LTE-M-Netze, wobei 34 davon vollständig implementiert und für kommerzielle Zwecke einsatzbereit sind.
Von April 2018 bis April 2019 haben 29 Länder reine NB-IoT -Netze eingeführt, während 2 Länder reine LTE-M-Netze gestartet haben. Dies belegt eindeutig, dass NB-IoT die führende Technologie unter allen zellularen IoT Kategorien des 3GPP ist.
Hier eine Visualisierung der Länder mit implementierten NB-IoT und LTE-M-Netzen:
Doch die Geschichte ist damit noch nicht zu Ende. Der Bericht der GSA liefert uns auch aufschlussreiche Zahlen bezüglich Geräteformfaktor und Chipsatzverfügbarkeit:
- Weltweit gibt es derzeit 142 anerkannte Geräte, die alle Varianten von NB-IoTunterstützen, wobei 76 davon nur Cat-NB1 (die erste Version von NB-IoT) unterstützen.
- In ähnlicher Weise unterstützen 134 Geräte LTE-M, wobei 68 davon nur Cat-M1 unterstützen.
Mit 24 kommerziell erhältlichen Chipsätzen sowohl für NB-IoT als auch für LTE-M wird die IoT Landschaft immer vielfältiger und erschwinglicher, selbst für Enthusiasten.
Hinsichtlich des Formfaktors sind Module der beliebteste Anwendungsfall für diese Chipsätze, während Asset-Tracker und andere Hardwaretypen weit dahinter „hinterherhinken“:
Beispiele für Geräte, die diese Chipsätze unterstützen, sind:
- Das Boron LTE von Particle : ein LTE CAT-M1/NB1-fähiges Entwicklungsboard, das als eigenständiger Mobilfunkendpunkt fungieren kann.
- Das NL-AT2 von NimbeLink: ein Gerät zur Anlagenverfolgung, das Mobilfunkverbindungen nutzt, um High-End-Überwachungsfunktionen bereitzustellen.
- Das Wio LTE von Seeed: eine Platine, die speziell für den Einsatz in zellularen IoT Anwendungen (sowohl Cat-NB1 als auch Cat-M1) entwickelt wurde.
Angesichts dieser Daten und der Leistungsunterschiede zwischen NBIoT und LTE-M liegt die Entscheidung, welches Protokoll verwendet wird, vollständig bei den Anbietern.
Eine vielversprechende Zukunft für NB-IoT und LTE-M
Ungeachtet der verwirrenden Namensgebung und des 5G-Brandings sieht die Zukunft sowohl für NB- IoT als auch für LTE-M rosig aus. Prognosen von Statista zeigen, dass NB- IoT bis 2023 über 750 Millionen Verbindungen erreichen wird und damit direkt mit der nicht-zellularen LoRa-Technologie .
Die GSMA berichtet, ähnlich wie die GSA, dass insgesamt 127 kommerzielle Netzwerke entweder mit LTE-M oder NB- IoT (wobei letzteres aufgrund der einfacheren Implementierung die Führung übernimmt), ein Trend, der sich voraussichtlich fortsetzen wird.
In einer zunehmend vernetzten Welt: Was halten Sie vom Hype um Mobilfunk IoT der Dinge? Teilen Sie uns Ihre Meinung in den Kommentaren unten mit und vergessen Sie nicht, den Artikel zu teilen!
