LTE Cat-M1和LTE Cat-NB1已經(jīng)推出，以取代預(yù)定即將退網(wǎng)的2G和3G技術(shù)。您需要了解這些用于物聯(lián)網(wǎng)的新LTE技術(shù)：覆蓋范圍，速度，成本以及使它們工作的硬件。

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的產(chǎn)品聲明通常描述為理想條件，但并非所有物聯(lián)網(wǎng)都可以訪問可靠的無線互聯(lián)網(wǎng)連接。畢竟，Wi-Fi仍然需要一個在一定覆蓋范圍內(nèi)的路由器，它連接上行到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商。一些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要通過蜂窩服務(wù)進行獨立連接，例如范圍廣泛的便攜式設(shè)備（例如智能手表）等無法訪問可靠的，安全的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，或者位于極其偏遠位置（例如荒野管道監(jiān)控站）處的設(shè)備。但是，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品試圖實現(xiàn)最低的成本，而具有蜂窩服務(wù)功能的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常比通過路由器無線連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備更加困難。典型的物聯(lián)網(wǎng)需要高容量，低成本的傳感和某種形式的互聯(lián)網(wǎng)連接，以便將數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪慌_性能更高的計算機或服務(wù)器上。

低成本的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：LTE Cat-M1和NB-IoT

圖1

圖1：支持蜂窩的物聯(lián)網(wǎng)平臺模塊（E系列）的框圖。預(yù)先通過FCC和運營商終端設(shè)備認(rèn)證的模塊可節(jié)省數(shù)千美元。（來源：www.Particle.io）

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)最容易實現(xiàn)的硬件模塊可以為包括2G，3G和4G LTE在內(nèi)的全部長期演進（LTE）蜂窩通信技術(shù)提供全球地理覆蓋。支持世界各地的很多頻率子集。一旦確定了要部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的位置，您需要知道該位置有多少可用的蜂窩頻率，哪些運營商支持這些特定頻率，并確定最符合您的需求的載波。然后找到一個支持相同特定頻率的硬件模塊。硬件模塊和載波必須支持相同的頻率。

英特爾正在與愛立信和中國移動合作提供蜂窩物聯(lián)網(wǎng)互操作連接，將英特爾?XMM?7115 NB-IoT調(diào)制解調(diào)器芯片（嵌入在Fibocom的模塊中）集成到工廠設(shè)備中。

有幾家主要的運營商提供基礎(chǔ)設(shè)施和覆蓋，稱為移動網(wǎng)絡(luò)運營商（MNO）。在美國，覆蓋全國的移動網(wǎng)絡(luò)運營商有AT＆T，Verizon，Sprint和T-Mobile（最近后兩者在著手合并）。在產(chǎn)品供應(yīng)鏈的下游，移動虛擬網(wǎng)絡(luò)運營商（MVNO）通過租賃主要運營商的網(wǎng)絡(luò)來提供服務(wù)。 MVNO沒有自己的基礎(chǔ)設(shè)施，通常在多個運營商之間聚合服務(wù)，并且經(jīng)常占據(jù)主要運營商認(rèn)為不值得投資的市場。 MVNO傾向于提供預(yù)付費合同，缺少MNO提供的功能，并且通常不提供最新的技術(shù)。

2G和3G的到期退網(wǎng)日期

盡管2G和3G對于很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說都非常出色，但兩種網(wǎng)絡(luò)最終都將無法使用。運營商用于維護2G和3G基礎(chǔ)設(shè)施的成本并不劃算，因為使用量在穩(wěn)步下降。然而，由于IoT（物聯(lián)網(wǎng)）受益于低帶寬（BW）和低成本的2G，T-Mobile曾表示它將在2021年之前終止提供2G和3G服務(wù)。AT＆T已經(jīng)關(guān)閉其2G基礎(chǔ)設(shè)施，不再認(rèn)證新的3G產(chǎn)品，并被推測到2021年結(jié)束3G。 Verizon將于2019年12月31日前終止對2G和3G網(wǎng)絡(luò)的支持。所有運營商都在尋找節(jié)省2G和3G基礎(chǔ)設(shè)施維護的辦法。

2G和3G，載波帶寬較窄，數(shù)據(jù)速率較慢，現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施比4G LTE便宜，因此是物聯(lián)網(wǎng)的理想選擇。根據(jù)所使用的技術(shù)，2G網(wǎng)絡(luò)的速度為每秒0.50至1.9兆比特（Mbps），3G可以提供14至168 Mbps的速度。根據(jù)應(yīng)用的不同，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備要求在數(shù)據(jù)速率帶寬，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備移動的物理速度，延遲，接收范圍以及IoT（物聯(lián)網(wǎng)）設(shè)備每個時間段（占空比）發(fā)送的報告數(shù)量方面可能會有很大的差異。請參閱表1以獲取物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的典型規(guī)格要求列表。

更快的LTE（4G）網(wǎng)絡(luò)幾乎覆蓋了全球。（請注意，覆蓋范圍與能接收到信號有所不同;移動設(shè)備可能位于覆蓋范圍很好但由于當(dāng)?shù)貤l件限制而無法接收信號的位置。）由于術(shù)語“LTE”未以任何方式進行商標(biāo)或規(guī)定，因此它以許多不同的名稱銷售。 LTE也是許多類別的LTE技術(shù)的總稱。例如，LTE Advanced（Cat 6至Cat 20）以各種名稱（例如4G +，LTE +，4GX，4.5G或4G LTE Ultra）進行廣告。先進的LTE（LTE-A）的優(yōu)點之一是多個LTE運營商可以組合資源來提供總帶寬，以稱為載波聚合的機制來增加數(shù)據(jù)吞吐量。載波聚合意味著用戶在擁塞網(wǎng)絡(luò)中的影響較小，運營商可以通過匯聚協(xié)議更高效地運行網(wǎng)絡(luò)。目前，LTE的覆蓋范圍顯著改善。 LTE可能包含許多協(xié)議和頻率，但LTE覆蓋通常是普遍的，而2G覆蓋范圍要低得多。因此，在考慮開發(fā)蜂窩式物聯(lián)網(wǎng)時，請確保您的服務(wù)區(qū)域的覆蓋范圍位于運營商的覆蓋地圖上。 Cellular IoT（蜂窩物聯(lián)網(wǎng)）的另一個考慮是大多數(shù)運營商利用與其他運營商的漫游協(xié)議來提供全球覆蓋。漫游計劃帶來優(yōu)勢，因為訪問一個運營商通常意味著獲得全球覆蓋計劃。運營商將與全球合作伙伴簽署漫游協(xié)議，以便產(chǎn)品開發(fā)者不必與全球多家運營商進行談判。

表1

表1：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的典型要求。（來源：支持物聯(lián)網(wǎng)的Cellular Technologies，5G美洲之聲）

用于物聯(lián)網(wǎng)的新型蜂窩技術(shù)

3GPP目前明確用于IoT的三種新的運營商網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是窄帶IoT（NB-IoT或LTE Cat-NB1），LTE Cat M1和LTE Cat 1。重要的是要注意，運營商已經(jīng)實施的漫游協(xié)議不一定涵蓋所有這些LTE IoT技術(shù)。漫游也需要更長的時間進行連接。 2016年6月，電信標(biāo)準(zhǔn)化組織第三代合作伙伴計劃（3GPP）宣布已經(jīng)完成了NB-IoT，eMTC（又名LTE Cat-M1）和EC-GSM-IoT技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以解決物聯(lián)網(wǎng)市場的應(yīng)用需求。該標(biāo)準(zhǔn)是LTE Advanced Pro網(wǎng)絡(luò)協(xié)議第13版（Release 13）的一部分。

盡管LTE CAT-M1和-NB1在成本上相似，但LTE M1在現(xiàn)實的350 kbps速率下稍微貴一些。 LTE Cat-NB1具有低于150 kbps的較低帶寬，一些模塊承諾27 kbps。與LTE M1不同，LTE NB1無法順利切換蜂窩塔之間的連接。但是，如果在LTE NB1上部署設(shè)備并且必須移動，即使使用一個塔的靜止傳感器是目標(biāo)用例，而應(yīng)用層仍然可以在塔之間進行連接切換。 LTE NB1具有比LTE M1更低的傳輸電流消耗，長時間的睡眠時間（30s）以及1.4到10秒的延遲。由于LTE M1支持LTE語音（VoLTE），因此LTE M1具有更高的傳輸電流消耗，10到15毫秒的延遲，適用于機器對人通信或反之亦然。 Verizon于2015年底推出LTE Cat-M1，并支持LTE Cat 1。 T-Mobile于2018年1月推出了NB-IoT的第一個規(guī)劃。T-Mobile還宣布，該公司已通過u- blox和Sierra Wireless在其網(wǎng)絡(luò)上使用這兩家公司的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的認(rèn)證。其他LTE Cat-M1，-NB1和Cat-1硬件模塊供應(yīng)商包括Sequans Communications，Link Labs，Gemalto和Telit / Round Solutions等。英特爾正在與愛立信和中國移動合作提供蜂窩物聯(lián)網(wǎng)互操作連接，將英特爾?XMM?7115 NB-IoT調(diào)制解調(diào)器芯片（嵌入在Fibocom的模塊中）集成到工廠設(shè)施中。

表2

表2：用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的當(dāng)前可用的蜂窩技術(shù)

對于運營商而言，支持NB1或M1的選擇具有財務(wù)影響，因為只需對現(xiàn)有蜂窩塔進行軟件更新即可推出LTE-M1，而NB1則需要軟件更新和新的無線電硬件。在北美，Verizon，AT＆T和Telus（加拿大的移動運營商）計劃支持LTE M1。大部分歐盟（Vodaphone），中國和東南亞移動運營商似乎都支持LTE Cat-NB1。澳大利亞Telstra宣布支持LTE Cat-M1和NB-IoT。澳大利亞的Optus看起來會支持NB-IoT，日本的NTT DOMOCO支持LTE Cat-M1和-NB1。另一種蜂窩物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)是嵌入式SIM（eSIM）芯片，該芯片表面安裝在印刷電路板上?？梢瞥腟IM（用戶識別模塊，Subscriber Identity Module）卡綁定到一個運營商的網(wǎng)絡(luò)中，并且一直是標(biāo)準(zhǔn)的，并且如果手機用戶希望更換運營商（使用解鎖的手機）則可以將其移除。 eSIM芯片被焊接到電路板上，并提供更換運營商的承諾，而無需更換SIM卡。擁有10萬部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員的優(yōu)勢在于，為了更換運營商，不需要手動更換SIM卡。物理交換一張SIM卡是運營商阻止客戶切換的杠桿。 eSIM技術(shù)可能會將運營商服務(wù)商品化，以便您可以每天多次轉(zhuǎn)換運營商，具體取決于軟件在與運營商達成的協(xié)議中的運作方式。但為了維護自己的利益，運營商不會很快采用eSIM。盡管如此，今天安裝eSIM的用戶希望eSIM有朝一日能成為運營商轉(zhuǎn)換的選擇。英飛凌采用40納米技術(shù)制造的eSIM芯片采用尺寸僅為1.5 x 1.1 x 0.37 mm的小型化無引腳封裝。

eSIM芯片對物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)有很大的希望。物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的巨大承諾是一種微小的板載芯片，當(dāng)它到達用戶的家門口時，可以通過任何運營商激活。同樣，eSIM可以實現(xiàn)新的業(yè)務(wù)模式，讓運營商可以更輕松地將服務(wù)捆綁到多個設(shè)備上。一個運營商包可以支持多個智能設(shè)備，并通過無線方式進行配置。

隨著2G和3G時代的退出，他們很有可能會完全絕跡，沒有人會支持這些落后的蜂窩技術(shù)。即使只有一個運營商，也可以使用eSIM進行填充，因為您可能可以在配置文件可用時利用配置文件進行配置。充分利用Particle.io和Link Labs等公司的優(yōu)勢，這些公司提供從設(shè)備到云端的各種服務(wù)，包括運營商協(xié)議，專業(yè)服務(wù)或用于這些新型LTE IoT技術(shù)的DIY模塊。（Particle也是MVNO; Link Labs使用Verizon的網(wǎng)絡(luò)）。

（完）