三、物联网与移动通信网 物联网设备主要具备如下大特点: 1、设计简单:系统复杂度低能保证IoT设备在恶劣环境下正常工作 2、成本低廉:IoT设备一般都是成本低 3、大覆盖范围:要保证弱信号区域网络数据能传输 4、低功耗:大部分应用场景都需要使用电池功能 5、低速率:传输数据量小,速率低 6、海量设备接入:小范围存在大量终端设备入网。
尽管用于物联网的通讯技术很多,但没有哪个技术有一统江湖的趋势。 工信部提出建立NB-IoT(窄带物联网)、4G(含LTE-Cat1,即速率类别1的4G网络)和5G协同发展的移动物联网综合生态体系,在深化4G网络覆盖、加快5G网络建设的基础上,以NB-IoT满足大部分低速率场景需求,以LTE-Cat1(以下简称Cat1)满足中等速率物联需求和话音需求,以5G技术满足更高速率、低时延联网需求。
简单的可以理解为,国家推荐的是NB-IoT和LTE-Cat1,不建议GSM/GPRS。对应大部分物联网来说,目前低功耗且低成本的4G才是主流,简称NB和cat1网络。 那什么是Cat.1?它和NB-IoT、eMTC有什么关系呢?Cat.M1和Cat.NB-1又是什么? 3GPP组织制定LTE标准,支持为不同用户提供不同等级的网络服务能力。在LTE里提出了重要的QoS(Quality of Service,服务质量)概念。不同的业务,对于不同的QoS,网络提供不同的带宽和接入优先级。 除了网络之外,3GPP还打算给用户终端(包括手机、可穿戴设备、物联网设备等)也做个分类。2009年3月,3GPP发布Release8版本、正式提出LTE的时候,同步推出了LTE Cat.1、Cat.2、Cat.3、Cat.4、Cat.5一共5个终端类别。后来,又在R10版本定义了Cat.6、Cat.7、Cat.8。在R11定义了Cat.9、Cat.10、Cat.11、Cat.12。在R12定义了Cat.13、Cat.14、Cat.15。 cat是英文单词Category的缩写。意思是类别、种类,不同的Cat表示不同的速率 在LTE发展初期,Cat.1并没有被业界所关注。随着可穿戴设备的逐渐普及,Cat.1才逐渐被业界重视。但是,Cat.1终端需要使用2根天线,对体积敏感度极高的可穿戴设备来说仍然“要求过高”(一般只配备1根天线)。所以,在R12/R13中,3GPP多次针对物联网进行优化。 首先是在R12中增加了新终端等级Cat.0,放弃了对MIMO(多天线)的支持,简化为半双工,峰值速率降低为1Mbit/s,终端复杂度降低为普通LTE终端的40%。这样一来,初步达到了物联网的成本要求。 但是,虽然Cat.0终端的信道带宽降至1.4MHz,但射频的接收带宽仍为20MHz(太大)。于是,3GPP在R13中又新增Cat.M1等级的终端,信道带宽和射频接收带宽均为1.4MHz,终端复杂度进一步降低。而Cat.M1,也就是我们之前常说的eMTC(enhanced Machine-Type Communication,增强型机器类型通信)。 此外,3GPP在R13中同时新增了一个Cat.NB-1,它的接收带宽仅180kHz。这个Cat.NB-1,就是我们的NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,窄带物联网)。 eMTC还有一个名字,叫做LTE-M,LTE-Machine-to-Machine,LTE-机器到机器。也就是说,是机器之间用LTE通信,非常直白了,适用于物联的LTE网络。 可见,Cat.1、Cat.M1(eMTC)和Cat.NB-1(NB-IoT),这三兄弟都是3GPP定义用于物联网的。 三兄弟里面,NB-IoT的速率是最慢的,eMTC次之,Cat.1最快(也就5Mbps)。它们和其它Cat的定位如下图:
随着2G/3G的加速退网,运营商们开始积极引导行业用户使用NB-IoT和Cat.1终端模组,也是目前Cat.1日益火热的原因之一。 NB-IoT适合低速、数据量小的场景,当初设计的按APN分配休眠唤醒机制以及对接受运营商主导,对传统的tcp长连接存在一定硬伤,数据响应和功耗方面不如Cat1。eMTC国内目前未组网,Cat.1基于现有的LTE网络,不需要增加额外投资。Cat.1芯片及模组方案成熟,价格便宜,未来cat1可能会成为国内低成本物联网的主流。
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