Dispositivi IoT LTE | Quali sono le differenze?

Vediamo quali sono i vantaggi di LTE-M e NB-IoT, oltre a uno sguardo al futuro del 5G.

Le tecnologie cellulari come 4G LTE forniscono la larghezza di banda e le comunicazioni affidabili e sicure necessarie alle aziende di tutti i settori per sfruttare i dispositivi intelligenti e connessi. Le aziende che realizzano prodotti IoT cellulari  possono scegliere la tecnologia cellulare che meglio soddisfa i loro requisiti.

In questo post spiegheremo le diverse tecnologie cellulari, comprese le due più recenti: LTE-M e NB-IoT. Evidenzieremo i vantaggi di ciascuno, esploreremo il futuro delle reti 5G ed esamineremo come influenzerà le tue implementazioni IoT cellulari attuali e future.  

Che cos'è LTE e in cosa differisce dal 3G?  

LTE, che sta per Long Term Evolution, è uno standard a banda larga wireless 4G (quarta generazione). Può essere fino a 10 volte più veloce delle reti 3G con velocità di caricamento teoriche di 50 Mbps e velocità di download di 150 Mbps.

Oltre a un throughput più veloce, LTE offre una latenza molto inferiore rispetto al 3G, il che significa meno ritardi di rete o tempi di ritardo. LTE utilizza meno energia, quindi è più efficiente dal punto di vista eneetico. Offre anche una migliore penetrazione del segnale rispetto al 3G, quindi la copertura interna è molto migliorata. 

A differenza del 3G, le reti LTE sono anche più flessibili e aggiornabili, consentendo ai vettori di supportare standard di nuova concezione orientati a usi IoT specifici, come LTE-M e NB-IoT. L'infrastruttura LTE è costruita con radio definite dal software. Mentre i vettori utilizzano le loro reti LTE principalmente per le esigenze dei consumatori, ritagliano una parte dello spettro per usi specifici dell'IoT. 

Poiché LTE è definito dal software, le reti possono evolversi nel tempo. La proposta di LTE è che i vettori possono installare aggiornamenti software per supportare nuovi standard cellulari, inclusi LTE-M, NB-IoT.

Quando si tratta di adozione, LTE è ampiamente distribuito e funge da standard de facto quando si tratta di comunicazioni cellulari negli Stati Uniti e nella maggior parte del mondo. In effetti, negli Stati Uniti, i vettori hanno annunciato l'intenzione di eliminare gradualmente le loro reti 3G mentre spostano la loro attenzione sulla costruzione di reti 5G.

Le reti 3G hanno ancora una quota di mercato considerevole in alcune parti del mondo, come il Medio Oriente e l'Africa, il sud-est asiatico, l'America latina e l'Europa centrale e orientale. Ma i vettori in quelle regioni si stanno spostando rapidamente verso LTE. Il 3G può ancora essere vantaggioso per gli operatori di flotte IoT come opzione di connettività di riserva, ma non sarà il principale metodo di connettività in futuro.

Quali standard IoT rientrano in LTE?

L'organizzazione degli standard del 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ha sviluppato due nuovi standard specifici per IoT per le reti LTE: LTE-M e NB-IoT, che sta per Narrow Band Internet of Things. Nonostante il nome 3GPP, questa organizzazione è responsabile degli standard 3G e 4G/LTE in tutto il mondo.

Più di recente, 3GPP ha introdotto Cat-M1, che è uno standard LTE-M, e Cat-NB1, uno standard NB-IoT, progettati per dispositivi a basso consumo energetico e IoT con esigenze di larghezza di banda ridotta. 

Cat-M1 e Cat-NB1 sono stati creati come parte della Release 13 dello standard LTE di 3GPP per le comunicazioni cellulari. Entrambe sono tecnologie LPWAN (Wide Area Network) a bassa potenza che operano sullo spettro concesso in licenza e fungono da alternativa alle opzioni LPWAN di spettro senza licenza, come SigFox, LoRa e RPMA, che hanno ottenuto un primo vantaggio nelle nuove implementazioni IoT che richiedono bassa potenza e lunga durata della batteria.

Di conseguenza, gli sviluppatori IoT hanno attualmente quattro principali tecnologie LTE tra cui scegliere per soddisfare la crescente domanda di IoT: Cat-M1 e Cat-NB1, che stanno iniziando a essere implementate dai vettori, e due tecnologie più vecchie ma ancora attuali, Cat -1 e Cat-4, che fanno parte della versione 8 dello standard 3GPP e sono oggi più ampiamente disponibili. 

Differenze tra le categorie di dispositivi IoT LTE

Cat-M1 e Cat-NB1 sono simili in quanto sono entrambe tecnologie a basso costo e perfette per applicazioni IoT a bassa potenza e bassa produttività. Forniscono una migliore copertura all'interno dell'edificio rispetto ad altre tecnologie cellulari esistenti. La durata della batteria può durare 10 anni. 

Esistono compromessi tra le due categorie, quindi ci sono diversi parametri da considerare quando si sceglie una tecnologia per la distribuzione IoT.

Cat-M1 o LTE-M

La tecnologia offre velocità di larghezza di banda più elevate e una latenza inferiore rispetto a Cat-NB1, raggiungendo velocità di upload e download fino a 1 Mbps e una latenza da 10 a 15 millisecondi.

A differenza di Cat-NB1, Cat-M1 supporta la voce, consentendo alle aziende di aggiungere funzionalità vocali alle applicazioni IoT come dispositivi di allerta medica e sistemi di allarme. Cat-M1 supporta anche applicazioni mobili, come il monitoraggio delle risorse e i dispositivi indossabili. Inoltre, Cat-M1 ha un throughput sufficiente per trasferire firmware e aggiornamenti di sicurezza ai dispositivi IoT, cosa che Cat-NB1 non può fare.  

Cat-NB1 o NB-IoT

Questa tecnologia offre velocità di uplink di 66 kbps e velocità di download di 26 kbps e una latenza maggiore compresa tra 1,6 e 10 secondi. Quindi è più adatto per le applicazioni IoT che richiedono piccole trasmissioni di dati intermittenti in cui la latenza non ha importanza.

Cat-NB1 non gestisce gli handoff delle torri cellulari, che è la capacità di mantenere una sessione di dati cellulari quando il dispositivo passa da una torre all'altra. Di conseguenza, NB-1 è adatto per applicazioni IoT stazionarie a bassa larghezza di banda, come contatori intelligenti e sensori di campo. 

La tecnologia Cat-NB1 offre un supporto a lungo raggio, una migliore penetrazione del segnale e consuma meno energia rispetto a Cat-M1. Quindi fornisce distanze molto lunghe ed è buono per l'uso in interni. 

LTE offre anche Cat-1 e Cat-4, che sono categorie IoT che gestiscono velocità più elevate. Sono la soluzione perfetta per le aziende che necessitano di velocità di connessione elevate e bassa latenza. 

CAT-1

Questo standard offre velocità di caricamento di 5 Mbps e di download di 10 Mbps e latenza da 50 a 100 millisecondi. Fornisce prestazioni molto migliori rispetto alle sue nuove controparti Cat-M1 e Cat-NB1, ma consuma anche più energia.  

CAT-4

Questo standard raggiunge velocità teoriche di 50 Mbps in upload e 150 Mbps in download, che sono essenzialmente le stesse velocità che i consumatori ottengono sui loro smartphone. Cat-4 è popolare tra le implementazioni IoT, ma consuma più energia ed è più complesso di Cat-1.

Quale categoria LTE IoT dovresti scegliere? 

Le quattro categorie LTE IoT hanno caratteristiche e parametri prestazionali sovrapposti. La scelta migliore per la tua azienda dipende dalla quantità di throughput di cui hai bisogno, dai requisiti di latenza, dal consumo energetico, dalla durata della batteria, dai costi e dalla diffusione della sua adozione da parte degli operatori.

Cat-M1 si rivolge alle applicazioni IoT che richiedono un trasferimento di dati più frequente e una latenza inferiore rispetto a quelle offerte da NB-IoT (sebbene siano molto inferiori rispetto ad altre categorie LTE, come Cat-1). I costi di Cat-M1 sono attualmente inferiori rispetto ai moduli 2G/3G comparabili. Buoni casi d'uso per Cat-M1 includono il monitoraggio delle risorse, dispositivi indossabili come cinturini per il fitness e orologi intelligenti e monitor paziente.

Cat-NB1 si rivolge a casi d'uso fissi come contatori intelligenti di gas, acqua ed elettricità, illuminazione stradale intelligente e sensori di parcheggio, controllo HVAC, monitor industriali e sensori agricoli in grado di monitorare i sistemi di irrigazione e rilevare perdite. 

Poiché le reti Cat-M1 e NB-IoT sono ancora in fase di costruzione, Cat-1 e Cat-4 sono la soluzione migliore se devi distribuire IoT su LTE oggi. Cat-1, ad esempio, ha un ampio supporto internazionale.

Le reti Cat-1 possono gestire applicazioni con larghezza di banda da bassa a media, da 100 Kbps a pochi 100 Mbps di dati al mese. I casi d'uso includono contatori intelligenti, videosorveglianza, gestione della flotta, nonché segnaletica digitale, terminali per punti vendita, chioschi al dettaglio, bancomat, dispositivi sanitari connessi e dispositivi elettronici di consumo. 

Le reti Cat-4 sono utili per i dispositivi IoT che aggregano flussi di dati come bridge di rete e gateway IoT. Le aziende possono anche utilizzare Cat-4 per la videosorveglianza, gli hotspot in auto e l'infotainment in auto. 

5G all'orizzonte: come la rete di nuova generazione influisce sulla tua attuale distribuzione IoT

Il 5G sta arrivando e promette velocità di comunicazione incredibilmente veloci e latenza estremamente bassa. Ma il 4G LTE non scomparirà per almeno diversi anni, quindi se hai bisogno di implementare l'IoT oggi, puoi farlo con la tecnologia LTE IoT. Qui spiegheremo prima i vantaggi del 5G, la sua tempistica per la costruzione e perché 4G LTE è la strada da percorrere se è necessario implementare l'IoT nei prossimi anni.  

La specifica 5G richiede velocità di uplink teoriche di almeno 10 Gbps e velocità di download di almeno 20 Gbps. La specifica 5G imposta anche una latenza massima di 4 millisecondi e una latenza di 1 millisecondo per comunicazioni a bassa latenza ultra affidabili. Che confronta con 20 millisecondi di latenza con LTE oggi. 

Il 5G fornirà l'infrastruttura necessaria per gestire i video in tempo reale e gli algoritmi di intelligenza artificiale necessari per supportare veicoli autonomi e applicazioni che richiedono prestazioni di rete veloci, come la chirurgia a distanza nel settore sanitario e la gestione remota di macchinari pericolosi. 

Mentre i vettori corrono per costruire sistemi 5G, è ancora molto presto. Il 5G è una tecnologia a corto raggio. Per ottenere l'elevata larghezza di banda e capacità necessarie per gestire un numero elevato di utenti, i vettori dovranno installare stazioni base 5G su ogni blocco o ogni pochi blocchi. Al contrario, 4G LTE richiede ripetitori cellulari ogni miglio o ogni poche miglia. 

I comuni sono alle prese con l'implementazione del 5G e le procedure di autorizzazione per consentirne la costruzione. Questo processo richiederà alcuni anni nelle città e molto più tempo nelle comunità rurali. Di conseguenza, LTE rimarrà lo standard de facto almeno per diversi anni. 

Il risultato: per le aziende che devono eseguire qualsiasi tipo di implementazione IoT negli Stati Uniti o a livello internazionale, LTE fornirà la copertura più ampia e completa nei prossimi due anni e più. 

Inoltre, la stragrande maggioranza delle applicazioni IoT non richiede la velocità elevata e la bassa latenza offerte dal 5G. Nella maggior parte dei casi, LTE offre le funzionalità e le prestazioni di cui hai bisogno. Inoltre, 3GPP prevede di evolvere gli standard LTE-M e NB-IoT e di unirli negli standard 5G, quindi le due più recenti tecnologie LTE IoT non scompariranno. LTE-M e NB-IoT coesisteranno con il 5G, quindi in futuro, quando il 5G sarà la rete cellulare dominante, le aziende potranno ancora sfruttare i loro investimenti LTE.