NB- IoT vs LTE-M: Aqui está o que é o buzz IoT celular
Neste detalhamento, damos uma olhada em duas das tecnologias mais avançadas em IoT celular: NB- IoT vs LTE-M. Dê uma espiada no futuro!
Resumindo, o NB- IoT é ideal para casos de uso de baixa taxa de dados que não exigem altas taxas de atualização (pense em medição inteligente), enquanto o LTE-M é ótimo 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 as tecnologias IoT celulares, como NB- IoT e LTE-M, ganhando popularidade, a Internet das Coisas está finalmente caminhando para um mundo que prioriza a mobilidade.
Também conhecidas como LTE Cat-NB1/NB2 e LTE Cat-M1/M2, NB- IoT e LTE-M são tecnologias desenvolvidas pela organização de padrões globais 3GPP . Aqui está uma tabela que recapitula todas IoT disponibilizadas até agora:
Achando o esquema de nomenclatura um pouco confuso?
Isso porque é confuso.
O fato de a 3GPP estar adicionando as marcas “5G” e “NR” (Novo Rádio) à sua IoT a partir do lançamento 15 de suas especificações também não está ajudando muito. Por exemplo, aqui está um pôster que eles publicaram:
Embora seja interessante observar, essa lista de recursos não nos ajudou a tomar uma decisão informada sobre qual protocolo IoT celular é melhor para um caso de uso específico, por isso decidimos traçar um quadro 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 jogo IoT celular: NB- IoT vs LTE-M.
Como funciona o esquema de nomenclatura do 3GPP
Nos mercados de consumo, 5G é tudo o que os provedores de rede estão delirando em 2020, mas IoT celular requer mais do que “apenas” um aumento de velocidade ou uma mudança de marca para fazer sentido.
Já que estamos falando de redes celulares, é importante entender os fundamentos do esquema de nomenclatura do 3GPP e como eles interagem com suas tecnologias.
Conforme claramente destacado pela Ericsson em sua IoT :
O 3GPP usa o conceito de “Releases” para se referir a um conjunto estável de especificações que podem ser usadas para implementação de recursos em um determinado momento.
Se olharmos o pôster acima, podemos ver que estamos atualmente nos estágios iniciais do Release 16 , com o Release 17 programado para entrega em junho de 2021.
Informalmente conhecidos como NB- IoT e LTE-M, os dois protocolos foram lançados em 2017 como parte do Release 13 , começando como LTE Cat-NB1 e LTE Cat-M1 (onde "Cat" significa categoria, "NB" significa banda estreita e "M" significa máquina).
Vejamos esses dois protocolos lado a lado.
NB- IoT vs LTE-M: uma comparação detalhada
Antes de começarmos a comparação, aqui está uma definição rápida para ambos os protocolos, juntamente com suas categorias de primeira e segunda geração.
Nota: IoT
comunicados de imprensa da 3GPP de fevereiro de 2016, NB- IoT é definido como “um novo rádio adicionado à plataforma LTE, otimizado para o segmento de baixa [largura de banda] do mercado”. Em sua da Internet das Coisas Celular , eles expandem esse conceito destacando alguns recursos e benefícios importantes do NB- IoT :
NB- IoT pode operar em uma largura de banda de sistema tão baixa quanto 200 kHz e suporta um mínimo. largura de banda do canal de 3,75 kHz. Isso proporciona flexibilidade de espectro e capacidade de sistema incomparáveis, em combinação com qualidades como operação com eficiência energética e complexidade ultrabaixa do dispositivo.
NB- IoT foi feito com sensores estacionários de baixa potência em mente.
Apresentando uma taxa de atualização um pouco mais alta em comparação com protocolos IoT LoRaWAN , o NB- IoT é perfeito para casos de uso em que a conectividade de dados estacionária e remota é um requisito (pense em medição inteligente para tanques de combustível, estacionamentos inteligentes, etc.).
A latência é alta em aproximadamente 1,5/10 segundos.
Como há muita confusão sobre a nomenclatura, é importante observar que as categorias Cat-NB1/NB2 são bastante evasivas (navegar pelos documentos de lançamento é árduo, para dizer o mínimo), mas cruciais para a compreensão do NB- IoT .
Aqui está uma tabela destacando as diferenças entre os dois:
| LTE Cat-NB1 | LTE Cat-NB2 | |
|---|---|---|
| TBS máximo de downlink | 680 bits | 2536 bits |
| Taxa máxima de dados de downlink | ~26kbps | ~80/127kbps |
| Uplink máximo TBS | 1000 bits | 2536 bits |
| Taxa máxima de dados de uplink | ~62kbps | ~105/159kbps |
| Posicionamento | ID da célula | OTDOA, E-CID |
Fonte: Haltian
Mantivemos a tabela bastante simplificada para não adicionar detalhes desnecessários. Em termos simples, LTE Cat-NB2 é uma melhoria incremental em relação ao LTE Cat-NB1, permitindo maior tamanho de bloco de transporte (TBS) e taxas máximas de dados mais altas.
Outra grande melhoria do LTE Cat-NB2, especialmente para uso remoto, é a introdução de OTDOA (Observed Time Difference of Arrival) e E-CID (Enhanced Cell ID), permitindo maior precisão de localização.
Mas a maior e mais bem-vinda mudança diz respeito à mobilidade. Cat-NB2 introduz a reconexão no modo de dispositivo conectado, ao contrário da reconexão apenas no modo inativo do Cat-NB1, que não permitiria qualquer tipo de funcionalidade móvel.
Também vale a pena mencionar que o NB- IoT já está implementado em muitos países em todo o mundo, com particular concentração na área europeia:
Nos Estados Unidos, a Verizon trouxe a cobertura nacional da rede NB- IoT para “mais de 92% da população dos EUA” 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 abreviatura de LTE-MTC, onde "MTC" significa Machine Type Communication . Desde a versão 13 , o LTE Cat-M1 foi colocado sob a especificação "eMTC" (ou Enhanced Machine Type Communication ), posteriormente acompanhada por sua versão mais recente - LTE Cat-M2.
Citando 3GPP diretamente:
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 do dispositivo para tornar o LTE competitivo com o EGPRS no mercado MTC. Ele suporta comunicação segura, cobertura onipresente e alta capacidade do sistema.
LTE-M oferece menor latência e maior rendimento em comparação com EC-GSM- IoT , NB- IoT e a maioria das outras tecnologias no IoT . Portanto, também consome mais energia e não é empregado em tantas redes como o NB- IoT .
Assim como as categorias NB- IoT , também é importante entender a diferença entre as categorias LTE-M: Cat-M1 e Cat-M2 (deixaremos de lado tecnologias não-eMTC como LTE Cat-0/1 por enquanto).
Aqui está um rápido resumo das diferenças entre os dois:
| LTE Cat-M1 | LTE Cat-M2 | |
|---|---|---|
| Larguras de banda de transmissão e recepção | 1,4MHz | 5MHz |
| Largura de banda do canal | 6 problemas | 24 PRBs |
| TBS máximo de downlink | 2.984 bits | 4008 bits |
| Taxa máxima de dados de downlink | 1Mbps | ~4Mbit/s |
| Uplink máximo TBS | 2.984 bits | 6968 bits |
| Taxa máxima de dados de uplink | 1Mbps | ~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 enquanto mantém 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 conectividade mais rápida.
Por razões relacionadas à acessibilidade e facilidade de implantação, o LTE-M não experimentou quase a mesma taxa de crescimento que o NB- IoT em muitos países desenvolvidos (e está mais concentrado na área norte-americana):
As diferenças entre NB- IoT e LTE-M
Com base nas definições anteriores e no pequeno vídeo mostrado acima, as diferenças entre NB- IoT e LTE-M podem ser recapituladas da seguinte forma:
| Nota: IoT | LTE-M | |
|---|---|---|
| Taxa máxima de dados | <100kbps | >384 kbps, até 1Mbps |
| Latência | 1,5-10 segundos | 50-100ms |
| Consumo de energia | Melhor com taxas de dados muito baixas | Melhor 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, LTE-M é ótimo para:
- Altas taxas de dados de largura de banda
- Mobilidade (rastreamento de ativos, veículos, etc.)
- Conectividade de voz através da tecnologia VoLTE
Isso mostra um cenário em que o NB- IoT é mais adequado para casos de uso industriais e relacionados à infraestrutura de baixo custo, enquanto o LTE-M é ideal para clientes empresariais interessados em transporte e logística, incluindo rastreamento da cadeia de suprimentos.
Aqui estão alguns dos melhores casos de uso para cada protocolo:
| Aplicativo | Nota: 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 grandes requisitos de downlink e/ou suporte de voz, como iluminação pública, gerenciamento de tráfego, botões de pânico e estações SOS com suporte de voz opcional. |
| Agricultura Inteligente | Aplicações estacionárias com requisitos de baixa largura de banda, como estações meteorológicas, umidade/temperatura e níveis de umidade do solo e outras aplicações ambientais. | Aplicações com grandes requisitos de downlink e/ou mobilidade, como irrigação inteligente, controle HVAC em alojamentos de animais e rastreamento de animais vivos. |
| Logística e Transporte | Ativos semiestacionários, como equipamentos de refrigeração comercial (sorvetes, bebidas, etc.) e equipamentos de logística local (racks, carrinhos, elevadores e outras máquinas de armazém). | Aplicativos de rastreamento pessoal (carros, bicicletas, animais de estimação, crianças), monitoramento de frotas (especialmente caminhões) e de ativos não estacionários, como equipamentos logísticos (cargas, engradados, paletes, etc.). |
| Industrial 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, gateway IoT vinculados 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 uma série de inovações em sua infraestrutura, suportando NB- IoT e LTE-M em alguns casos.
Aqui estão algumas estatísticas fornecidas pelo Global Ecosystem and Market Status (lançado em abril de 2019 e provavelmente com atualização em breve):
- 141 operadores estão a investir ativamente em redes NB- IoT , 90 dos quais estão totalmente implantados e prontos para serem utilizados comercialmente.
- Em vez disso, 60 operadoras utilizam redes LTE-M, sendo 34 delas totalmente implantadas e prontas para uso para fins comerciais.
De abril de 2018 a abril de 2019, 29 países lançaram redes apenas NB- IoT , enquanto 2 países lançaram redes apenas LTE-M. Isto mostra claramente que NB- IoT é a tecnologia líder entre todas as categorias de IoT celular do 3GPP.
Aqui está uma visualização de 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 do dispositivo e a disponibilidade do chipset:
- Globalmente, existem atualmente 142 dispositivos reconhecidos que suportam todas as variantes do NB- IoT , sendo que 76 deles suportam apenas Cat-NB1 (a primeira versão do NB- IoT ).
- Da mesma forma, 134 dispositivos suportam LTE-M, com 68 deles suportando apenas Cat-M1.
Com 24 chipsets disponíveis comercialmente em NB- IoT e LTE-M, o cenário IoT está se tornando mais diversificado e acessível, mesmo para entusiastas.
Em termos de formato, o caso de uso de hardware mais popular para esses chipsets são módulos, com rastreadores de ativos e outros tipos de hardware “atrasados” muito atrás:
Alguns exemplos de dispositivos que suportam esses chipsets são:
- O Boron LTE da Particle: uma placa de desenvolvimento habilitada para LTE CAT-M1/NB1 que pode atuar como um endpoint celular independente.
- O NL-AT2 da NimbeLink: um dispositivo de rastreamento de ativos que aproveita a conectividade celular para fornecer recursos de monitoramento de ponta.
- O Wio LTE da Seeed: uma placa projetada especificamente com IoT em mente (Cat-NB1 e Cat-M1).
Com estes dados em mente, e considerando as diferenças de desempenho entre NB- IoT e LTE-M, a decisão de qual protocolo utilizar cabe inteiramente aos provedores.
Um futuro brilhante para NB- IoT e LTE-M
Deixando de lado a confusão de nomenclatura e marca 5G, o futuro é brilhante tanto para NB- IoT quanto para LTE-M. As previsões do Statista mostram que o NB- IoT atingirá mais de 750 milhões de conexões até 2023, indo diretamente contra a tecnologia LoRa .
A GSMA , à semelhança da GSA, também reporta que um total de 127 redes comerciais foram lançadas com LTE-M ou NB- IoT (com a segunda a assumir a liderança devido à facilidade de implementação), uma tendência que não mostra sinais de parar.
Em um mundo cada vez mais conectado, qual a sua opinião sobre a mania da IoT celular? Deixe-nos saber nos comentários abaixo e não se esqueça de compartilhar o artigo!
