NB-IoT vs LTE-M: Eis o que está por trás da grande repercussão IoT celular
Nesta análise, examinamos duas das tecnologias mais promissoras na IoTcelular: NB-IoT e LTE-M. Dê uma espiada no futuro!
Resumindo, o NB-IoT é ideal para casos de uso com baixa taxa de dados que não exigem altas taxas de atualização (como em sistemas de medição inteligente), enquanto o LTE-M é excelente para mobilidade e voz, pois suporta a tecnologia VoLTE para casos de uso como segurança inteligente. O alcance e a duração da bateria são comparáveis para ambos.
Com o aumento da popularidade de tecnologias IoT celular como NB-IoT e LTE-M, a Internet das Coisas está finalmente caminhando para um mundo onde o celular é a prioridade.
Também conhecidas como LTE Cat-NB1/NB2 e LTE Cat-M1/M2, NB- IoT e LTE-M são tecnologias desenvolvidas pela organização global de padrões 3GPP . Aqui está uma tabela que resume todas IoT disponibilizadas até o momento:
Acha o esquema de nomenclatura um pouco confuso?
Isso porque é confuso.
O fato de o 3GPP estar adicionando as marcas "5G" e "NR" (Novo Rádio) à sua IoT a partir da versão 15 de suas especificações também não está ajudando muito. Por exemplo, aqui está um pôster que eles publicaram:
Embora interessante de se analisar, essa lista de recursos não nos ajudou a tomar uma decisão informada sobre qual protocolo IoT celular é o melhor para um caso de uso específico, então decidimos apresentar um panorama mais claro.
Continue lendo para obter informações detalhadas sobre como funciona o esquema de nomenclatura do 3GPP e por que isso é importante para nossa comparação aprofundada entre dois dos maiores nomes no mercado IoT celular: NB-IoT vs LTE-M.
Como funciona o esquema de nomenclatura do 3GPP
Nos mercados de consumo, o 5G é o assunto do momento entre as operadoras de rede em 2020, mas IoT celular exige mais do que "apenas" uma melhoria na velocidade ou uma mudança de marca para fazer sentido.
Já que estamos falando de redes celulares, é importante entender os princípios básicos do esquema de nomenclatura do 3GPP e como eles aprimoram suas tecnologias.
Conforme claramente destacado pela Ericsson em sua "sopa de letrinhas" IoT
O 3GPP usa o conceito de "Releases" para se referir a um conjunto estável de especificações que podem ser usadas para a implementação de funcionalidades em um determinado momento.
Se observarmos o pôster acima, podemos ver que estamos atualmente nos estágios iniciais da versão 16 , com a versão 17 programada para ser lançada em junho de 2021.
Informalmente conhecidos como NB- IoT e LTE-M, os dois protocolos foram lançados em 2017 como parte da Release 13 , inicialmente como LTE Cat-NB1 e LTE Cat-M1 (onde "Cat" significa categoria, "NB" significa banda estreita e "M" significa máquina).
Vamos analisar esses dois protocolos lado a lado.
NB-IoT vs LTE-M: Uma comparação detalhada
Antes de entrarmos na comparação, aqui está uma breve definição de ambos os protocolos, juntamente com suas categorias de primeira e segunda geração.
NB-IoT
Retomando um dos comunicados de imprensa de fevereiro de 2016, o NB- IoT é definido como "um novo rádio adicionado à plataforma LTE, otimizado para a extremidade de baixa largura de banda do mercado". Em seu resumo de 2017 sobre a Internet das Coisas Celular , eles expandem esse conceito, destacando alguns recursos e benefícios IoT
O NB-IoT pode operar em uma largura de banda de sistema tão baixa quanto 200 kHz e suporta uma largura de banda de canal mínima de 3,75 kHz. Isso proporciona uma flexibilidade de espectro e capacidade de sistema incomparáveis, em combinação com qualidades como operação com eficiência energética e complexidade de dispositivo ultrabaixa.
A NB-IoT foi criada pensando em sensores estacionários de baixo consumo de energia.
Com uma taxa de atualização ligeiramente superior à de protocolos IoT o LoRaWAN , o NB- IoT é perfeito para casos de uso em que a conectividade de dados remota e estacionária é um requisito (como medição inteligente de tanques de combustível, estacionamentos inteligentes, etc.).
A latência é alta, em torno de 1,5 a cada 10 segundos.
Como existe muita confusão em relação à nomenclatura, é importante observar que as categorias Cat-NB1/NB2 são bastante difíceis de definir (navegar pelos documentos de lançamento é, no mínimo, árduo), mas cruciais para a compreensão do NB- IoT .
Segue uma tabela que destaca as diferenças entre os dois:
| LTE Cat-NB1 | LTE Cat-NB2 | |
|---|---|---|
| TBS de downlink máximo | 680 bits | 2536 bits |
| Taxa máxima de dados de downlink | ~26 kbps | ~80/127 kbps |
| TBS de uplink máximo | 1000 bits | 2536 bits |
| Taxa máxima de dados de uplink | ~62 kbps | ~105/159 kbps |
| Posicionamento | ID da célula | OTDOA, E-CID |
Fonte: Haltian
Mantivemos a tabela bastante simplificada para não adicionar detalhes desnecessários. Em termos simples, o LTE Cat-NB2 é uma melhoria incremental em relação ao LTE Cat-NB1, permitindo um tamanho de bloco de transporte (TBS) maior e taxas de dados máximas mais altas.
Outra grande melhoria do LTE Cat-NB2, especialmente para uso remoto, é a introdução do OTDOA (Observed Time Difference of Arrival) e do E-CID (Enhanced Cell ID), permitindo maior precisão de localização.
Mas a mudança mais significativa e bem-vinda diz respeito à mobilidade. O Cat-NB2 introduz a reconexão no modo de dispositivo conectado, ao contrário do Cat-NB1, que permitia apenas a reconexão no modo ocioso e não possibilitava qualquer tipo de funcionalidade móvel.
Vale também mencionar que o NB-IoT já está implementado em muitos países ao redor do mundo, com particular concentração na região europeia:
Nos Estados Unidos, a Verizon expandiu a cobertura da rede NB- IoT para "mais de 92% da população americana" em maio de 2019, permitindo que as empresas escolhessem entre uma variedade de planos de dados para aplicações IoT .
LTE-M
LTE-M é uma abreviação de LTE-MTC, onde "MTC" significa Machine Type Communication ( . Desde a versão 13 , o LTE Cat-M1 foi incluído na especificação "eMTC" (ou Enhanced Machine Type Communication - Comunicação do Tipo Máquina Aprimorada ), sendo posteriormente acompanhado por sua versão mais recente, o LTE Cat-M2.
Citando diretamente o 3GPP:
Os principais componentes do LTE-M são uma série de categorias de dispositivos de baixo custo (por exemplo, Cat-M1 e Cat-M2) e dois modos de aprimoramento de cobertura (ou seja, modos CE A e B). O LTE-M foi projetado para reduzir a complexidade dos dispositivos e tornar o LTE competitivo com o EGPRS no mercado de telecomunicações móveis. Ele oferece suporte a comunicação segura, cobertura ubíqua e alta capacidade do sistema.
O LTE-M oferece menor latência e maior taxa de transferência em comparação com o EC-GSM- IoT , NB- IoT e a maioria das outras tecnologias no IoT . Portanto, também consome mais energia e não é utilizado em tantas redes quanto o NB- IoT .
Assim como nas categorias NB-IoT , também é importante entender a diferença entre as categorias do LTE-M: Cat-M1 e Cat-M2 (deixaremos de lado, por enquanto, as tecnologias não-eMTC, como LTE Cat-0/1).
Aqui está um breve resumo das diferenças entre os dois:
| LTE Cat-M1 | LTE Cat-M2 | |
|---|---|---|
| Larguras de banda de transmissão e recepção | 1,4 MHz | 5 MHz |
| Largura de banda do canal | 6 PRBs | 24 PRBs |
| TBS de downlink máximo | 2984 bits | 4008 bits |
| Taxa máxima de dados de downlink | 1 Mbit/s | ~4Mbit/s |
| TBS de uplink máximo | 2984 bits | 6968 bits |
| Taxa máxima de dados de uplink | 1 Mbit/s | ~7 Mbit/s |
Fonte: ScienceDirect
Assim como o LTE Cat-NB2, o LTE Cat-M2 é uma melhoria incremental que visa fornecer mais largura de banda, mantendo a complexidade relativamente baixa.
Com larguras de banda de transferência/recepção de 5 MHz e quatro vezes mais Blocos de Recursos Físicos (PRBs), o LTE Cat-M2 suporta taxas de dados mais altas para uma conectividade mais rápida.
Por razões relacionadas à acessibilidade e facilidade de implantação, o LTE-M não apresentou a mesma taxa de crescimento que o NB-IoT em muitos países desenvolvidos (e está mais concentrado na América do Norte):
Diferenças entre NB-IoT e LTE-M
Com base nas definições anteriores e no breve vídeo apresentado acima, as diferenças entre NB-IoT e LTE-M podem ser resumidas da seguinte forma:
| NB-IoT | LTE-M | |
|---|---|---|
| Taxa de dados máxima | <100 kbps | >384 kbps, até 1 Mbps |
| Latência | 1,5-10 s | 50-100 ms |
| Consumo de energia | Melhor desempenho em taxas de dados muito baixas | Melhor desempenho em taxas de dados médias a altas |
| Mobilidade | Não para Cat-NB1, limitado para Cat-NB2 | Sim |
| Voz (VoLTE) | Não | Sim |
| Antenas | 1 | 1 |
NB-IoT é otimizado para:
- Conexões de baixa taxa de dados
- Uso estacionário (com Cat-NB2 permitindo mobilidade limitada)
- Custo extremamente baixo por dispositivo
Por outro lado, o LTE-M é ótimo para:
- Taxas de dados de alta largura de banda
- Mobilidade (rastreamento de ativos, veículos, etc.)
- Conectividade de voz através da tecnologia VoLTE
Isso demonstra que o NB-IoT é mais adequado para casos de uso industriais e de infraestrutura de baixo custo, enquanto o LTE-M é ideal para clientes corporativos interessados em transporte e logística, incluindo o rastreamento da cadeia de suprimentos.
Aqui estão alguns dos melhores casos de uso para cada protocolo:
| Aplicativo | NB-IoT | LTE-M |
|---|---|---|
| Cidades Inteligentes | Aplicações estacionárias com baixos requisitos de largura de banda, como estacionamento inteligente, monitoramento de ruído e poluição, gerenciamento de resíduos e monitoramento inteligente de tráfego. | Aplicações com requisitos elevados de downlink e/ou suporte de voz, como iluminação pública, gestão de tráfego, botões de pânico e estações SOS com suporte de voz opcional. |
| Agricultura Inteligente | Aplicações estacionárias com baixos requisitos de largura de banda, como estações meteorológicas, níveis de umidade/temperatura do solo e outras aplicações ambientais. | Aplicações com requisitos elevados de downlink e/ou mobilidade, como irrigação inteligente, controle de HVAC em instalações para animais e rastreamento de animais vivos. |
| Logística e Transporte | Ativos semifixos, como equipamentos de refrigeração comercial (sorvetes, bebidas, etc.) e equipamentos de logística no local (prateleiras, carrinhos, elevadores e outras máquinas de armazém). | Aplicações de rastreamento pessoal (carros, bicicletas, animais de estimação, crianças), monitoramento de frotas (especialmente caminhões) e ativos não estacionários, como equipamentos de logística (carga, caixas, paletes, etc.). |
| Indústria e Manufatura | Máquinas estacionárias com baixas taxas de dados para variáveis de processo que afetam indiretamente a produção ou a qualidade, rastreamento de ativos industriais e monitoramento de energia. | Máquinas com maiores requisitos de largura de banda para variáveis de processo que afetam diretamente a produção ou a qualidade, gatewayIoT conectados a PLCs para monitoramento de tags e monitoramento de trabalhadores. |
Como o mercado está reagindo ao NB-IoT e LTE-M
Desde a versão 13, as operadoras de rede introduziram diversas inovações para sua infraestrutura, oferecendo suporte tanto para NB-IoT quanto para LTE-M em alguns casos.
Aqui estão algumas estatísticas fornecidas pelo "Global Ecosystem and Market Status" (publicado em abril de 2019 e provavelmente atualizado em breve):
- 141 operadoras estão investindo ativamente em redes NB-IoT , das quais 90 já estão totalmente implantadas e prontas para uso comercial.
- Em vez disso, 60 operadoras utilizam redes LTE-M, sendo que 34 delas estão totalmente implantadas e prontas para uso comercial.
De abril de 2018 a abril de 2019, 29 países lançaram redes exclusivamente NB-IoT , enquanto 2 países lançaram redes exclusivamente LTE-M. Isso demonstra claramente que o NB-IoT é a tecnologia líder entre todas as categorias de IoT celular do 3GPP.
Segue uma visualização dos países com redes NB-IoT e LTE-M implantadas:
Mas a história não termina aí. O relatório da GSA também nos fornece números reveladores sobre o formato dos dispositivos e a disponibilidade de chipsets:
- Globalmente, existem atualmente 142 dispositivos reconhecidos que suportam todas as variantes do NB-IoT, sendo que 76 deles suportam apenas a Cat-NB1 (a primeira versão do NB-IoT).
- Da mesma forma, 134 dispositivos suportam LTE-M, sendo que 68 deles suportam apenas Cat-M1.
Com 24 chipsets disponíveis comercialmente, tanto para NB-IoT quanto para LTE-M, o cenário IoT está se tornando mais diversificado e acessível, até mesmo para entusiastas.
Em termos de formato, o caso de uso de hardware mais popular para esses chipsets são os módulos, com rastreadores de ativos e outros tipos de hardware ficando muito para trás:
Alguns exemplos de dispositivos compatíveis com esses chipsets são:
- O Boron LTE da Particle : uma placa de desenvolvimento com suporte a LTE CAT-M1/NB1 que pode funcionar como um dispositivo móvel independente.
- O NL-AT2 da NimbeLink: um dispositivo de rastreamento de ativos que utiliza conectividade celular para oferecer recursos de monitoramento de alta qualidade.
- O Wio LTE da Seeed: uma placa projetada especificamente para IoT (tanto Cat-NB1 quanto Cat-M1).
Com esses dados em mente, e considerando as diferenças de desempenho entre NB-IoT e LTE-M, a decisão sobre qual protocolo usar cabe inteiramente aos provedores.
Um futuro promissor para NB-IoT e LTE-M
Apesar da nomenclatura confusa e da marca 5G, o futuro é promissor tanto para o NB- IoT quanto para o LTE-M. Previsões da Statista mostram que o NB- IoT atingirá mais de 750 milhões de conexões até 2023, competindo diretamente com a tecnologia LoRa .
A GSMA , assim como a GSA, também relata que um total de 127 redes comerciais foram lançadas com LTE-M ou NB- IoT (com a segunda assumindo a liderança devido à facilidade de implantação), uma tendência que não mostra sinais de desaceleração.
Em um mundo cada vez mais conectado, qual a sua opinião sobre a febre da IoT celular? Deixe seu comentário abaixo e não se esqueça de compartilhar o artigo!
