IoT Seluler: Membandingkan Performa EC‑GSM‑IoT, NB‑IoT, dan LTE‑M Performance

Catatan Editor: Permintaan yang meningkat akan konektivitas IoT yang serbaguna selaras dengan teknologi seluler yang muncul yang dirancang untuk Internet of Things. Pengembang kini membutuhkan wawasan terperinci dan terpercaya tentang teknologi ini dan aplikasi dunia nyata mereka. Artikel ini, diekstrak dari buku Cellular Internet of Things, memperkenalkan konsep kunci dan teknologi yang membentuk lanskap IoT. Dalam seri sebelumnya, para penulis mengeksplorasi ekosistem seluler yang berkembang, perannya dalam IoT, dan teknologi yang mendorong komunikasi mesin tipe massal (mMTC) dan komunikasi latensi rendah ultra-andal (URLLC).

Elsevier menawari ini dan judul teknik lainnya dengan diskon 30%. Gunakan kode ENGIN318 saat checkout di sini.

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

Bab 9. Lanskap Teknologi IoT Kompetitif (Lanjutan)

9.3 Pemilihan Teknologi CIoT

9.3.1 Perbandingan Teknologi CIoT

Bab 3–8 menyajikan analisis mendalam tentang EC-GSM-IoT, NB-IoT, dan LTE-M. Di sini kita merangkum metrik performa kunci dan karakteristik. Untuk NB-IoT, kami berfokus pada penerapan in-band dan stand-alone; mode guardband berbagi performa serupa dan dibahas di Bab 8.

9.3.1.1 Cakupan dan Laju Data

Laju data uplink dan downlink untuk semua teknologi CIoT diringkas dalam Gambar 9.7 dan 9.8 di seluruh variasi coupling loss. Setiap teknologi menawari cakupan yang diperpanjang hingga coupling loss 164 dB (MCL), perbaikan dramatis dibandingkan jaringan GSM, UMTS, dan LTE generasi lama. EC-GSM-IoT mencapai 164 dB dengan daya transmisi 33 dBm—10 dB lebih tinggi dari daya yang diperlukan untuk NB-IoT dan LTE-M untuk mencapai cakupan yang sama.

Pada cakupan ekstrim 164 dB, NB-IoT memberikan tingkat kesalahan blok saluran kontrol yang lebih rendah daripada EC-GSM-IoT dan LTE-M, membuatnya lebih andal. LTE-M dan EC-GSM-IoT dapat menggunakan frequency hopping untuk diversitas frekuensi tambahan dan ketahanan cakupan.

Gambar 9.7: Cakupan dan Laju Data Lapisan Fisik – Uplink.

Gambar 9.8: Cakupan dan Laju Data Lapisan Fisik – Downlink.

Tabel dalam Gambar 9.7 dan 9.8 menunjukkan laju data fisik puncak instan (channel-only) dan laju efektif yang termasuk overhead jadwal dan kontrol. Kami mengasumsikan operasi half-duplex untuk semua teknologi; perangkat LTE-M juga dapat dikonfigurasi untuk full-duplex, mendekati laju puncak instan. Laju ditampilkan untuk link ideal, 144 dB (tepi sel), dan 154/164 dB (10/20 dB cakupan diperpanjang).

LTE-M konsisten lebih unggul daripada NB-IoT dan EC-GSM-IoT dalam laju data uplink dan downlink saat perangkat berada dalam cakupan normal. Dalam cakupan diperpanjang, laju uplink dibatasi oleh daya transmisi, dan semua tiga teknologi mengandalkan repetisi untuk memenuhi kualitas link. Pada 164 dB, laju yang dapat dicapai konvergen; EC-GSM-IoT unggul sedikit karena daya output yang lebih tinggi. LTE-M juga mendapatkan manfaat dari laju data yang lebih tinggi dalam carrier LTE yang sama dibandingkan NB-IoT in-band.

Semua tiga teknologi memenuhi persyaratan 3GPP sebesar 160 bps pada MCL 164 dB.

9.3.1.2 Latensi

Latensi dievaluasi menggunakan laporan pengecualian—pesan yang penting dan jarang (85 byte). Semua tiga teknologi memenuhi target latensi 3GPP sebesar 10 s (Release 13). Dalam cakupan normal, LTE-M menawari latensi sedikit lebih rendah berkat laju data yang lebih tinggi. Dalam cakupan diperpanjang, EC-GSM-IoT mencapai latensi terendah karena daya transmisi yang lebih tinggi menghasilkan laju data yang lebih tinggi. Stand-alone NB-IoT juga menikmati latensi lebih rendah daripada NB-IoT in-band karena saluran downlink yang lebih kuat.

Gambar 9.9: Latensi untuk Laporan Pengecualian.

9.3.1.3 Umur Baterai

Umur baterai dievaluasi untuk semua teknologi menggunakan dua baterai AA (5 Wh total) dan efisiensi penguat daya 45-50%. Semua perangkat CIoT menggunakan siklus tidur agresif, aktif hanya untuk transfer data dan sebaliknya tetap dalam mode daya rendah. Prosedur yang efisien mengurangi overhead sinyal, yang kritis untuk transmisi pesan kecil.

Gambar 9.10 menunjukkan umur untuk laporan 200 byte harian. Tabel 9.5 merangkum umur di seluruh ukuran pesan dan periodicitas. Setiap teknologi mendukung setidaknya 10 tahun umur baterai dalam kondisi umum; dalam MCL 164 dB terburik, umur 10 tahun dapat dicapai hanya dengan transmisi harian. Pelaporan yang lebih sering (misalnya, setiap 2 jam) mengurangi umur menjadi 1–3 tahun pada 164 dB.

Gambar 9.10: Umur Baterai untuk Perangkat dengan Laporan Harian Pesan 200 Byte.

Tabel 9.5: Umur Baterai.

Semua tiga teknologi CIoT memenuhi atau siap memenuhi persyaratan umur baterai 10 tahun 3GPP pada MCL 164 dB.