IoT Seluler — Perbandingan teknologi CIoT

Catatan Editor:Meningkatnya persyaratan untuk peningkatan ketersediaan perangkat IoT bertepatan dengan munculnya teknologi seluler yang cocok untuk IoT . Bagi para pengembang, kebutuhan akan informasi yang lebih mendetail tentang teknologi seluler dan aplikasinya ke IoT tidak pernah sepenting ini. Dikutip dari buku, Cellular Internet of Things, seri ini memperkenalkan konsep dan teknologi kunci di arena ini.

Dalam seri sebelumnya, penulis menjelaskan lanskap yang berkembang untuk seluler, perannya dalam IoT, dan teknologi untuk komunikasi jenis mesin (mMTC) yang masif dan komunikasi latensi rendah yang sangat andal (URLLC).

Elsevier menawarkan ini dan buku teknik lainnya dengan diskon 30%. Untuk menggunakan diskon ini, klik di sini dan gunakan kode ENGIN318 saat checkout.

Diadaptasi dari Cellular Internet of Things, oleh Olof Liberg, Marten Sundberg, Eric Wang, Johan Bergman, Joachim Sachs.

Bab 9. Lanskap teknologi Internet of Things yang kompetitif (Lanjutan)

Oleh Olof Liberg, Marten Sundberg, Eric Wang, Johan Bergman, Joachim Sachs

9.3 PILIHAN TEKNOLOGI CIoT

9.3.1 PERBANDINGAN TEKNOLOGI CIoT

Teknologi CIoT yang berbeda EC-GSM-IoT, NB-IoT, dan LTE-M telah dianalisis secara ekstensif di Bab 3-8. Berikut kami rangkum dan bandingkan performa dan karakteristiknya. Untuk NB-IoT, kami mempertimbangkan dalam ringkasan ini hanya opsi penerapan in-band dan stand-alone untuk kesederhanaan. Performa mode operasi guardband sebagian besar mirip dengan performa in-band. Analisis kinerja NB-IoT lengkap termasuk operasi guardband dapat ditemukan di Bab 8.

9.3.1.1 Cakupan dan Kecepatan Data

Kecepatan data dalam uplink dan downlink untuk semua teknologi CIoT dirangkum dalam Gambar 9.7 dan 9.8 untuk kerugian kopling yang berbeda. Semua teknologi tersebut telah memperkenalkan fitur cakupan yang diperluas, yang memungkinkan operasi pada kerugian kopling hingga 164 dB. Ini adalah perluasan jangkauan jangkauan yang signifikan dibandingkan dengan apa yang dapat ditemukan di jaringan Global System for Mobile Communications (GSM), UMTS, atau Long-Term Evolution (LTE) saat ini. Untuk EC-GSM-IoT, kehilangan kopling 164 dB didasarkan pada perangkat dengan daya output 33 dBm, seperti yang umum di jaringan GSM. Namun, ini berarti bahwa daya keluaran perangkat 10 dB lebih tinggi diperlukan untuk jangkauan penuh yang diperluas di EC-GSM-IoT dibandingkan dengan daya keluaran perangkat untuk NB-IoT dan LTE-M untuk mencapai cakupan uplink yang sama. Saat melihat lebih detail hasil cakupan yang diperluas di Bab 4, 6, dan 8, terlihat bahwa NB-IoT dapat beroperasi pada tingkat kesalahan blok saluran kontrol yang lebih rendah daripada EC-GSM-IoT dan LTE-M pada 164 dB MCL , membuatnya lebih kuat pada cakupan ekstrim. Perlu diperhatikan bahwa LTE-M dan EC-GSM-IoT dapat menerapkan lompatan frekuensi, yang memberikan beberapa ketahanan cakupan tambahan karena keragaman frekuensi tambahan.

klik untuk gambar lebih besar

GAMBAR 9.7 Cakupan dan kecepatan data lapisan fisik untuk uplink.

klik untuk gambar lebih besar

GAMBAR 9.8 Cakupan dan kecepatan data lapisan fisik untuk downlink.

Gambar 9.7 dan 9.8 juga memberikan kecepatan data lapisan fisik nilai untuk teknologi CIoT yang berbeda. kecepatan data lapisan fisik puncak seketika menentukan kecepatan data yang dapat dicapai dari saluran data saja. Nilai laju data lainnya dalam tabel mengacu pada laju data lapisan fisik efektif untuk transmisi pesan tunggal, di mana juga latensi untuk penjadwalan dan pensinyalan kontrol diperhitungkan dalam waktu transmisi pesan. Dalam perbandingan ini diasumsikan bahwa operasi half-duplex digunakan untuk semua teknologi tetapi perlu dicatat bahwa perangkat LTE-M juga dapat diimplementasikan dengan dukungan untuk operasi full-duplex yang akan mencapai kecepatan data yang lebih tinggi (dengan kecepatan puncak mendekati kecepatan data lapisan fisik puncak seketika). Tarif ini disediakan untuk perangkat dengan kehilangan sambungan yang berbeda ke stasiun pangkalan:kecepatan data lapisan fisik puncak sesuai dengan perangkat dengan koneksi bebas kesalahan yang ideal ke stasiun pangkalan. Laju data lapisan fisik pada 144 dB coupling loss sesuai dengan tepi sel normal sel radio GSM atau LTE, dan 154 dan 164 dB sesuai dengan 10 dan 20 dB perluasan cakupan dibandingkan dengan tepi sel GSM.

Apa yang dapat dilihat adalah bahwa LTE-M dapat mencapai kecepatan data yang jauh lebih tinggi dalam uplink dan downlink dibandingkan dengan NB-IoT atau EC-GSM-IoT. Hal ini, khususnya, untuk perangkat, yang berada dalam jangkauan normal sel radio. Ketika perangkat berada di area cakupan yang diperluas, uplink dibatasi oleh daya keluaran perangkat, dan semua teknologi CIoT membuat kami melakukan pengulangan untuk mencapai kualitas tautan yang diperlukan. Dalam situasi cakupan ekstrim seperti pada kerugian kopling 164 dB, kecepatan data yang dapat dicapai untuk teknologi yang berbeda menjadi sangat mirip saat menggunakan daya keluaran yang sama. EC-GSM-IoT memiliki MCL 164 dB kecepatan data yang lebih tinggi daripada teknologi lainnya karena daya output perangkat 10 dB lebih tinggi. Dalam operator LTE yang sama, LTE-M secara umum memiliki kecepatan data yang lebih tinggi daripada NB-IoT dalam pita.

Ketiga teknologi tersebut memenuhi persyaratan 3GPP untuk mencapai 160 bps pada MCL sebesar 164 dB.

9.3.1.2 Latensi

Latensi teknologi CIoT telah dievaluasi sehubungan dengan laporan pengecualian , yang merupakan pesan IoT sangat penting yang jarang terjadi yang terkandung dalam paket IP 85 byte, yang sedang ditransmisikan dari perangkat melalui jaringan CIoT. Semua teknologi, LTE-M, NB-IoT, dan EC-GSM-IoT, memenuhi target latensi 3GPP 10 detik yang pertama kali ditentukan di Rilis 13, seperti yang digambarkan pada Gambar 9.9. Ketika perangkat berada dalam jangkauan normal, LTE-M dapat mencapai latensi yang agak lebih rendah karena kecepatan data yang lebih tinggi yang disediakan oleh LTE-M. Dalam cakupan yang diperluas, EC-GSM-IoT dapat memberikan latensi terendah karena daya keluaran perangkat yang lebih tinggi, yang dapat memberikan kecepatan data yang lebih tinggi. NB-IoT yang berdiri sendiri memiliki latensi yang lebih rendah dibandingkan dengan NB-IoT dalam pita karena penggunaan daya yang lebih tinggi untuk saluran downlink.

klik untuk gambar lebih besar

GAMBAR 9.9 Latensi untuk laporan pengecualian.

9.3.1.3 Masa Pakai Baterai

Masa pakai baterai telah dianalisis untuk semua teknologi CIoT, dengan asumsi dua baterai AA dengan kapasitas gabungan 5 Wh. Efisiensi penguat daya sebesar 45% -50% telah diasumsikan untuk ketiga teknologi IoT.

Secara keseluruhan, semua teknologi CIoT menerapkan mekanisme untuk menghemat masa pakai baterai untuk transmisi pesan yang jarang terjadi, seperti yang biasa terjadi pada banyak layanan IoT. Prinsip utamanya adalah bahwa perangkat hanya menjadi aktif untuk transfer data, dan sebaliknya dimasukkan ke dalam kondisi tidur hemat baterai. Prosedur yang efisien telah ditetapkan, yang meminimalkan overhead pensinyalan yang terkait dengan transfer data. Ini sangat penting untuk pesan kecil karena setiap sinyal overhead dapat menjadi bagian penting dari konsumsi energi.

Untuk laporan harian pesan 200 byte, masa pakai baterai untuk berbagai teknologi CIoT digambarkan pada Gambar 9.10. Hasil untuk ukuran pesan yang berbeda dan periodisitas transfer data IoT dirangkum dalam Tabel 9.5. Secara keseluruhan, semua teknologi memungkinkan masa pakai baterai 10 tahun, dan untuk beberapa kasus bahkan jauh lebih lama. Tantangan terbesar untuk masa pakai baterai yang lama adalah ketika perangkat berada pada posisi jangkauan yang sangat buruk. Dalam mode cakupan yang diperluas, kecepatan data yang sangat rendah digunakan dan banyak pengulangan diterapkan untuk transfer data. Dalam situasi ini, perangkat memerlukan upaya yang lebih lama untuk transmisi data, yang mengurangi kesempatan untuk beristirahat dalam kondisi tidur hemat baterai. Dengan demikian, masa pakai baterai berkurang secara signifikan pada MCL sebesar 164 dB untuk semua teknologi CIoT. Dengan kehilangan kopling yang begitu besar, masa pakai baterai 10 tahun hanya dapat dicapai, jika peristiwa transfer data suatu perangkat jarang terjadi, seperti sekali per hari. Untuk peristiwa transfer data yang lebih sering, seperti satu pesan setiap 2 jam, masa pakai baterai 1-3 tahun dapat dicapai pada MCL 164 dB.

klik untuk gambar lebih besar

GAMBAR 9.10 Masa pakai baterai untuk perangkat dengan laporan harian pesan 200 byte.

klik untuk gambar lebih besar

Tabel 9.5 Masa pakai baterai

Ketiga teknologi tersebut memenuhi, atau menunjukkan potensi pemenuhan, persyaratan 3GPP untuk mencapai masa pakai baterai 10 tahun pada MCL sebesar 164 dB.