LTE-M, NB-IoT и EC-GSM-IoT: практическое руководство по малоэнергопотребляющим клеточным стандартам 3GPP

3GPP, глобальный стандартизатор клеточных сетей, недавно представил три малоэнергопотребляющих IoT-стандарта: LTE-M, NB-IoT и EC-GSM-IoT.

Эти стандарты были созданы как клеточные аналоги LoRa, LoRaWAN и Sigfox, нацеленные на обеспечение устройств доступной, энергоэффективной связности на существующих сетях операторов. Каждая технология имеет уникальные сильные стороны и борется за доминирование на рынке.

LTE-M (LTE-MTC, LTE Category M1)

LTE-M, сокращение от LTE-MTC (machine-type communications), также известный как LTE-Cat M1, был финализирован в 3GPP Releases 12 и 13 в 2016 году.

По сути, LTE-M — это облегчённая версия LTE. Она использует тот же спектр и базовые станции, поэтому работает везде, где доступен LTE, и поддерживает полные TCP/IP сессии данных. Ключевой дифференциатор — энергоэффективность: пока батарея смартфона может длиться день, батарейное LTE-M устройство вроде водосчётчика может работать 10 лет, драматически расширяя жизнеспособность клеточного IoT.

LTE-M предлагает более высокие скорости данных, чем NB-IoT и EC-GSM-IoT, и может передавать значительные полезные нагрузки, делая его подходящим для отслеживания активов, управления энергией, коммунального учёта, городской инфраструктуры и носимых устройств.

Энергоэффективность

Низкое энергопотребление LTE-M происходит от его способности оставаться практически «прикреплённым» к сети без поддержания постоянного соединения. Два механизма позволяют это: Power-Saving Mode (PSM) и Extended Discontinuous Reception (eDRX). PSM позволяет устройству войти в idle-состояние без повторного присоединения к сети при пробуждении, в то время как eDRX позволяет конечным точкам информировать сеть о своих интервалах пробуждения для downlink, варьирующих от 10 секунд до более 40 минут.

Рыночное преимущество

Поскольку LTE-M бесшовно вписывается в существующую LTE-инфраструктуру, операторы вроде Verizon и AT&T должны только развернуть обновления ПО на своих базовых станциях — никакие новые антенны не требуются. Более того, LTE-M устройства используют всего 1,4 МГц полосы пропускания против 20 МГц, нужных для типичных смартфонов, упрощая дизайн железа.

Рекомендуемое чтение: Link Labs предлагает первый в мире end-device-сертифицированный LTE Cat-M1 модем для батарейных приложений.

NB-IoT (LTE Cat-NB1, LTE Cat-M2)

NB-IoT, введённый в 3GPP Release 13, отличается от LTE-M тем, что он не является производным LTE. Вместо этого он использует узкополосную, DSSS-базированную модуляцию, похожую на раннюю версию Neul Weightless-W.

Крупные операторы — включая Huawei, Ericsson, Qualcomm и Vodafone — сотрудничают над NB-IoT, однако он остаётся неразвёрнутым в США. С точки зрения конечной точки, NB-IoT чипсеты сопоставимы по стоимости с LTE-M, но его развёртывание требует значительных инвестиций в новое базовое станции оборудование, так как существующие LTE-радио не могут его поддерживать.

NB-IoT предлагает те же энергосберегающие фичи, что и LTE-M (PSM и eDRX), но лишен поддержки мобильности, делая его наиболее подходящим для статичных приложений.

Рекомендуемое чтение: Обзор Narrowband IoT.

EC-GSM-IoT

EC-GSM-IoT нацелен на легаси 2G eGPRS сети, позволяя устройствам работать на текущем железе, сохраняя низкие затраты на апгрейд. Хотя всё ещё ожидает формального 3GPP релиза, EC-GSM-IoT ожидается включит eDRX и протокольные улучшения, которые могут улучшить покрытие на 10–20 dB.

Коммерческие развёртывания не ожидаются до 2019 года, и рыночный спрос остаётся неопределённым.

Какой стандарт победит?

Конкуренция между LTE-M, NB-IoT и EC-GSM-IoT всё ещё разворачивается. LTE-M сейчас наслаждается самым широким развёртыванием, покрытием сети и доступностью железа. NB-IoT может предложить немного более низкие затраты, но требует новую инфраструктуру и предлагает message-based коммуникацию, усложняющую обновления прошивки.

Операторы с обширными LTE-сетями, вероятно, приоритизируют LTE-M первыми, в то время как те, исследующие новую инфраструктуру — особенно с оборудованием Huawei — могут склониться к NB-IoT. Операторы часто поддерживают оба стандарта, чтобы измерить принятие клиентами.

Для проектов, планируемых в пределах двух-трех лет, следите за эволюционирующим ландшафтом. Если немедленное развёртывание требуется, LTE-M — самый надёжный выбор. Проведите тщательную оценку вашего конкретного сценария использования перед решением.