Contents

Введение

LTE (Long Term Evolution) — это технология беспроводной широкополосной связи 4G, обеспечивающая высокоскоростную беспроводную связь для мобильных устройств. В стандарте LTE существуют различные категории, предлагающие определенные возможности производительности. Две категории, набирающие популярность для приложений Интернета вещей, — это CAT 1 и CAT M1.

LTE CAT 1 и CAT M1 обеспечивают подключение, оптимизированное для сценариев использования Интернета вещей, но имеют различия в функциях и производительности. В этой статье будет проведено углубленное сравнение LTE CAT 1 и CAT M1, чтобы помочь определить лучший выбор для различных потребностей Интернета вещей.

В условиях экспоненциального роста Интернета вещей (IoT) выбор правильной коммуникационной технологии имеет решающее значение. CAT 1 и CAT M1 используют существующую инфраструктуру LTE, предлагая возможности для удовлетворения общих требований IoT, таких как низкое энергопотребление, расширенное покрытие и поддержка огромного количества устройств. Понимание различий позволит принимать обоснованные решения при проектировании развертывания Интернета вещей.

Понимание категорий LTE

A. Определение и значение категорий LTE

Категории LTE определяют различные стандарты производительности в рамках общей структуры LTE для удовлетворения различных возможностей устройств и потребностей сценариев использования. Они пронумерованы последовательно, от CAT 0 до CAT 20, что указывает на увеличение скорости нисходящей и восходящей линии связи.

Более высокие категории, такие как CAT 12, CAT 16 и т. д., предлагают скорости гигабитного уровня, но являются энергоемкими, что делает их более подходящими для смартфонов и других высокопроизводительных устройств. Напротив, CAT 1, CAT M1 и NB-IoT ориентированы на балансировку скорости, задержки, покрытия, емкости и энергоэффективности для приложений IoT.

Б. Обзор LTE CAT 1 и CAT M1

Спецификации LTE CAT 1 и CAT M1 были созданы, чтобы сделать LTE оптимизированным решением для подключения для случаев использования Интернета вещей:

  • LTE CAT 1 — обеспечивает скорость нисходящего канала 10 Мбит/с и восходящего канала 5 Мбит/с. Он обеспечивает баланс между производительностью, покрытием, емкостью, задержкой и экономией энергии. Модули CAT 1 представляют собой обновления прошивки для чипсетов LTE.
  • LTE CAT M1 — определен в версии 13 специально для устройств Интернета вещей со скоростью передачи данных 1 Мбит/с. Он обеспечивает сверхнизкое энергопотребление, обеспечивая при этом улучшение покрытия по сравнению с CAT 1. CAT M1 использует полосу пропускания 1,4 МГц по сравнению со стандартной полосой пропускания LTE в 20 МГц.

Подробное описание LTE CAT 1

А. Характеристики и возможности LTE CAT 1

Вопросы скорости и пропускной способности

LTE CAT 1 поддерживает:

  • Скорость нисходящей линии связи до 10 Мбит/с.
  • Скорость восходящего канала до 5 Мбит/с
  • Задержка 10 мс или ниже

Он использует стандартную полосу пропускания LTE 20 МГц, жертвуя сверхвысокими скоростями ради лучшего покрытия и надежности. Это делает его хорошо подходящим для приложений Интернета вещей, таких как интеллектуальные счетчики, камеры видеонаблюдения, цифровые вывески и устройства отслеживания активов, которым требуется стабильная производительность.

По сравнению с более высокими категориями LTE, CAT 1 имеет:

  • Более низкие скорости
  • Аналогичная или лучшая задержка
  • Сопоставимый охват и емкость

Случаи использования, когда LTE CAT 1 превосходен

LTE CAT 1 обеспечивает оптимальное соотношение скорости, энергоэффективности и надежности для нескольких новых вертикалей Интернета вещей:

  • Умные города – Умные счетчики, датчики управления отходами, экологический мониторинг, умное освещение
  • Промышленный Интернет вещей — датчики производственного оборудования, управление активами и автопарком
  • Розничная торговля: цифровые вывески, POS-терминалы, автоматизированные кассы.
  • Умные здания – автоматизация зданий, управление энергопотреблением, системы безопасности с потоковым видео
  • Smart Automotive — отслеживание транспортных средств и мониторинг их состояния
  • Smart Grid — автоматизация распределения, управление нагрузкой

Внедрение CAT 1 в этих областях Интернета вещей растет во всем мире благодаря его надежности и простоте интеграции.

Б. Преимущества выбора LTE CAT 1

Надежность и стабильность

LTE CAT 1 использует высокие характеристики надежности, присущие стандарту LTE, одновременно добавляя возможности для поддержки потребностей в подключении Интернета вещей:

  • Резервирование и отказоустойчивость. Сеть LTE имеет встроенное резервирование, обеспечивающее отказоустойчивость связи.
  • Помехоустойчивость. LTE устраняет помехи за счет эффективного использования спектра, избегая конфликтов.
  • Безопасность. LTE имеет мощные механизмы шифрования, защиты целостности и аутентификации через SIM-карты.
  • Роуминг. Беспрепятственное переключение между различными провайдерами сетей, обеспечиваемое соглашениями о роуминге.

Стоимость последствий

  • Использование существующей инфраструктуры. CAT 1 использует существующую сеть LTE, избегая дорогостоящего развертывания.
  • Преимущество масштабирования. Экономия за счет масштаба за счет использования расширенных экосистем LTE, таких как наборы микросхем.
  • Антенны меньшего размера. Более низкие скорости позволяют использовать антенны меньшего размера, что снижает затраты на устройство.
  • Более быстрое внедрение. Модули CAT 1 представляют собой обновления встроенного ПО, обеспечивающие более быстрое внедрение.

Надежность, безопасность и экономическая выгода делают CAT 1 все более безопасным выбором для многих случаев использования Интернета вещей.

Исследование LTE CAT M1

А. Особенности и характеристики LTE CAT M1

Скорость передачи данных и энергоэффективность

Ключевые особенности CAT M1 включают в себя:

  • Скорость нисходящей линии связи до 1 Мбит/с.
  • Скорость восходящего канала до 1 Мбит/с
  • Сверхнизкое потребление тока в режиме ожидания и сна
  • Расширенное покрытие по сравнению с CAT 1

Возможности более низкой скорости компенсируются значительной экономией энергии за счет режима энергосбережения (PSM) и механизмов энергоэффективности eDRX. Полоса пропускания 1,4 МГц по сравнению с 20 МГц для CAT 1 также позволяет экономить заряд батареи.

Совместимость с устройствами Интернета вещей

CAT M1 поддерживает совместимость с протоколами и архитектурой LTE. Ключевые преимущества включают в себя:

  • Обновления программного обеспечения для обеспечения возможности подключения CAT M1
  • Возможности двухрежимного режима с поддержкой диапазонов LTE
  • Поддержка VoLTE для голосовых вызовов
  • Стандартная поддержка LTE EPC/E-UTRAN для полной интеграции LTE

Б. Сценарии применения, в которых выделяется LTE CAT M1

Случаи использования с низким энергопотреблением и широкой областью применения

CAT M1 идеально подходит для приложений Интернета вещей с низкой скоростью передачи данных и длительным временем автономной работы, таких как:

  • Потребительские носимые устройства – умные часы, фитнес-браслеты.
  • Умная бытовая техника — умные холодильники, стиральные/сушильные машины, водонагреватели.
  • Учет коммунальных услуг – счетчики газа/воды с многолетним сроком службы.
  • Мониторинг активов – трекеры поддонов/контейнеров, мониторы холодовой цепи

Приложения, нетерпимые к задержкам

Более низкая задержка помогает в таких случаях использования в режиме реального времени, как:

  • Умный мониторинг трафика
  • Автомобильная телематика
  • Мобильное здравоохранение
  • Аварийного реагирования

Надежное соединение с меньшим энергопотреблением и расширенным покрытием делает CAT M1 очень привлекательным для этих приложений.

Ключевые различия между LTE CAT 1 и CAT M1

Хотя CAT 1 и CAT M1 имеют общее наследие LTE, они различаются по возможностям:

Сравнение скорости и задержки

Параметр LTE CAT 1 LTE CAT M1
Скорость нисходящей линии связи До 10 Мбит/с До 1 Мбит/с
Скорость восходящей линии связи До 5 Мбит/с До 1 Мбит/с
Задержка 10 мс или ниже 10-15ms
  • CAT 1 имеет значительно более высокую пропускную способность, отвечающую потребностям потокового видео и быстрой передачи данных.
  • CAT M1 обеспечивает достаточную пропускную способность для большинства случаев использования Интернета вещей с низкой пропускной способностью.
  • Задержка аналогична: CAT M1 имеет немного большую задержку.

Изменения энергопотребления

  • CAT 1 использует улучшения эффективности LTE, обеспечивая экономию заряда батареи до 10 лет для приложений с низкой скоростью передачи данных.
  • CAT M1 поднимает планку еще дальше, обеспечивая срок службы до 20 лет благодаря новой оптимизации энергопотребления.

Пригодность варианта использования

Параметр LTE CAT 1 LTE CAT M1
Use Cases Приложения IoT среднего диапазона, такие как интеллектуальные счетчики и камеры. Устройства с чрезвычайно низким энергопотреблением и длительным сроком службы, такие как счетчики коммунальных услуг.
Требования к данным Более высокая пропускная способность Более низкая пропускная способность ниже 1 Мбит/с
Источник питания Внешнее питание, в основном с некоторым использованием батареи Основное внимание уделяется устройствам с батарейным питанием.
Области развертывания Городской, пригородный Сельский, отдаленный
LTE CAT 1 против CAT M1: в чем разница?

Выбор правильной категории для вашего проекта

Факторы, которые следует учитывать при выборе

  1. Требования к проекту

    • Требования к скорости передачи данных
    • Ограничения мощности
    • Ожидаемый срок службы актива
    • Места развертывания
    • Потребности в реальном времени
  2. Технические характеристики устройства

    • Ограничения антенны
    • Доступная емкость аккумулятора
    • Возможности обработки
    • Маржа затрат

Проведение детального анализа этих параметров перед выбором позволяет избежать неоптимального выбора.

LTE CAT 1 против CAT M1: в чем разница?

Будущие тенденции и разработки

LTE для IoT предназначен для быстрых инноваций, стимулируемых Индустрией 4.0, интеллектуальными инфраструктурами и интеллектуальными транспортными секторами.

Постоянное развитие LTE

  • 5G NR. Последний стандарт 5G также определяет профили с низким энергопотреблением, такие как RedCap, для массовых случаев использования Интернета вещей.
  • LTE-M TCCA — определяет улучшения верхнего уровня, такие как услуги определения местоположения по CAT M1.
  • NB-IoT — поле битвы в области узкополосных технологий за маломощные глобальные сети.

Возможные обновления

  • Расширенный охват — использование доступа с поддержкой лицензий (LAA) для расширения охвата.
  • Меньшее энергопотребление — дальнейшая оптимизация для увеличения срока службы батареи.
  • Более высокие скорости — баланс скорости передачи данных и энергоэффективности.
  • Развивающиеся рынки — оптимизация затрат для более широкого внедрения LTE IoT.

Организация по стандартизации 3GPP продолжает продвигать эволюцию беспроводной связи по нескольким направлениям, чтобы подготовить LTE к гиперподключенному будущему.

Примеры из практики

Истории успеха использования LTE CAT 1

  • Orange заключила партнерское соглашение с Sierra Wireless, чтобы использовать CAT 1 для обеспечения 1 миллиона интеллектуальных счетчиков во Франции, используя ее надежную связь.
  • Британская энергетическая компания Centrica выбрала CAT 1 для связи интеллектуальных счетчиков в сложных многоквартирных домах.
  • Nokia внедрила интеллектуальные транспортные системы по CAT 1 для мониторинга дорожного движения и приложений по обеспечению соблюдения требований по всей Литве.
  • Hologram использовала соединение CAT 1 на своем USB-модеме Nova для обеспечения доступа к сотовым данным для ПК и ноутбуков.

Практические примеры LTE CAT M1

  • Dispatch отслеживала активы предприятия с помощью тегов CAT M1 на нескольких объектах, что позволило сэкономить 7 миллионов долларов США в первый год.
  • Давра внедрила решения для мониторинга отходов «умного города» через CAT M1; добился повышения эффективности на 50%.
  • Arkessa предоставила системы управления автопарком на базе CAT M1 для снижения затрат на владение и достижения целей устойчивого развития.
  • Lenovo использовала модули Sierra Wireless CAT M1 для обеспечения возможности подключения LTE на своей платформе ThinkIoT.

Достигнутый прирост производительности и эффективности вызвал огромный интерес к LTE IoT во всех отраслях.

Часто задаваемые вопросы

А. Каковы основные различия между LTE CAT 1 и CAT M1?

Основные различия заключаются в более высоких скоростях (10 Мбит/с против 1 Мбит/с), более низком энергопотреблении и дальнейшем расширении зоны покрытия CAT M1 по сравнению с CAT 1. CAT 1 обеспечивает достаточную пропускную способность для многих случаев использования Интернета вещей, а CAT M1 оптимизирован для масштабных развертываний с низким энергопотреблением.

Б. В каких сценариях LTE CAT 1 более подходит, чем CAT M1, и наоборот?

CAT 1 лучше подходит для потоковой передачи видео, отслеживания активов или голосовых вызовов, требующих более высокой пропускной способности. CAT M1 более предпочтителен для таких устройств, как счетчики коммунальных услуг, которым требуется более длительное время автономной работы, большая зона покрытия и очень низкие скорости передачи данных.

C. Как соображения скорости и задержки влияют на выбор между двумя категориями?

Для приложений реального времени, таких как датчики движения или мониторинг пациентов, может быть предпочтительнее меньшая задержка CAT 1. Для умных городов или сельскохозяйственных приложений, ориентированных больше на анализ данных датчиков, чем на потребности в реальном времени, CAT M1 будет достаточно.

D. Каковы последствия выбора LTE CAT 1 для энергопотребления вместо CAT M1 или наоборот?

CAT M1 потребляет на 60-70% меньше энергии по сравнению с CAT 1. Он имеет глубокий сон и оптимизацию PSM, специально разработанную для Интернета вещей с низким энергопотреблением. Следовательно, для случаев использования с батарейным питанием CAT M1 обеспечивает значительно более длительный срок службы.

E. Можно ли обновить устройство с LTE CAT 1 до CAT M1 или наоборот?

Да, поскольку они используют одну и ту же архитектуру LTE, производители модулей могут выпускать обновления прошивки для поддержки других категорий. Некоторые модули поддерживают многорежимные возможности Wi-Fi, BLE, CAT 1 и CAT M1 посредством унифицированной прошивки.

F. Существуют ли различия в стоимости внедрения LTE CAT 1 по сравнению с CAT M1?

При внедрении модули CAT 1 имели ценовые преимущества за счет эффекта масштаба. Однако постоянные инновации сделали модули CAT M1 очень конкурентоспособными по цене, доступными всего за 2 доллара. Таким образом, эффективность использования спектра обеспечивает благоприятную совокупную стоимость владения для реализаций CAT M1.

G. Какие отрасли более склонны к внедрению LTE CAT 1?

Такие отрасли, как транспорт, розничная торговля, сельское хозяйство и умные города, где требования к данным выше, тяготеют к CAT 1. Благодаря способности поддерживать мультимедийный контент приложения наблюдения также предпочитают CAT 1.

H. Как варьируется покрытие LTE CAT 1 и CAT M1 в разных географических точках?

CAT 1 подключается к обширным сетям LTE в городских и пригородных районах. CAT M1 с расширенным радиусом действия может использовать возможности подключения LTE в более глубоких сельских районах благодаря расширению покрытия на 15–20 дБ по сравнению с CAT 1.

I. Существуют ли какие-либо проблемы безопасности, связанные с LTE CAT 1 или CAT M1?

Нет, поскольку оба используют усовершенствованную систему безопасности LTE, проблемы минимальны. Механизмы аутентификации SIM-карты, стандарты шифрования данных и возможности взаимной аутентификации обеспечивают надежную защиту.

J. Каковы потенциальные будущие разработки технологии LTE, которые могут повлиять на выбор между CAT 1 и CAT M1?

5G обещает более высокие скорости с меньшей задержкой и большим количеством одновременных подключений. Однако развитие LTE будет продолжаться параллельно с оптимизацией различных векторов производительности, таких как мощность, пропускная способность, надежность и покрытие. Следовательно, перспективные инвестиции должны оценивать 5G параллельно с развивающейся экосистемой CAT 1 и CAT M1.

Заключение

Ключевые факторы дифференциации

  • CAT 1 поддерживает более высокие скорости передачи данных до 10 Мбит/с, а CAT M1 — до 1 Мбит/с.
  • CAT M1 предлагает расширенное покрытие благодаря новым функциям, таким как повторы и улучшения покрытия.
  • CAT M1 потребляет на 60–70 % меньше энергии, что позволяет подключать активы с более длительным сроком службы батареи.
  • CAT 1 имеет более широкое распространение, охватывая городские районы, тогда как CAT M1 проникает глубже в сельскую местность.
  • CAT 1 поддерживает голосовые вызовы и мультимедийный контент, что делает его универсальным для сложных проектов.

Развитие LTE IoT

LTE CAT 1 и CAT M1 имеют дополнительные преимущества, охватывающие скорость передачи данных, покрытие, время автономной работы, задержку и модели развертывания. В совокупности они расширяют возможности организаций по использованию LTE и внедрению Интернета вещей. Поскольку 5G также развивает свои возможности для массового Интернета вещей, впереди нас ждут захватывающие времена, поскольку стандарты будут стремиться соединить оставшиеся ~ 80% неподключенных вещей в ближайшее десятилетие. Архитекторам решений необходимо быть в курсе параллельных траекторий инноваций, поскольку различные технологии связи заявляют о себе в IoT.