何時(shí)為物聯(lián)網(wǎng)設備使用 LTE Cat M

2021-06-03

何時(shí)為物聯(lián)網(wǎng)設備使用 LTE Cat M

什么是貓 ？

LTE Cat M（也稱(chēng)為LTE-M）是一種低功耗廣域 (LPWA) 技術(shù)，旨在通過(guò)蜂窩技術(shù)支持“大規模物聯(lián)網(wǎng)”，即數千億 (!) 的物聯(lián)網(wǎng)設備。Cat M 主要是指 Cat M1，因為 Cat M2 的采用還需要幾年時(shí)間。 

LTE 無(wú)線(xiàn)電技術(shù)使用“類(lèi)別”來(lái)區分連接到 LTE 網(wǎng)絡(luò )的每個(gè)設備的功能。例如，Cat 1 是指可以支持高達 10 Mbps 的下載速度的設備，而 Cat 4 是指可以使用載波聚合并支持高達 150 Mbps 的下載速度的設備。Cat M1 是指在 1.4 MHz 窄信道上運行的一類(lèi)設備，觀(guān)察到的下載速度在 589 Kbps 范圍內，上行鏈路上的下載速度為 1.1 Mbps（3GPP 第 14 版）。較舊的 Cat M 模塊的速度更低（300 Kbps 下行鏈路/375 Kbps 上行鏈路）。 

Cat M 的主要優(yōu)點(diǎn)

Cat M 對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商 (MNO) 和物聯(lián)網(wǎng)建設者都有重要的好處。 

MNO 的主要好處是 Cat M 設備在更小的頻段 (1.4 MHz) 上運行。這允許他們將更多設備打包到每個(gè)蜂窩站點(diǎn)的可用頻譜中。與有源常規 LTE 設備相比，典型的 LTE 蜂窩站點(diǎn)可以支持 10 倍的有源 Cat M 設備。

物聯(lián)網(wǎng)制造商的主要好處是 Cat M 調制解調器使用更少的功率，使功率受限的設備能夠使用具有高級節能功能的小電池運行數月或數年。Cat M 調制解調器在冷啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)速度也比 Cat 1 調制解調器更快，從而縮短了連接時(shí)間。另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢是 Cat M 調制解調器的成本往往低于常規 LTE 調制解調器，這有助于降低硬件成本。   

Cat M 節能功能

Cat M 提供多項省電功能，允許物聯(lián)網(wǎng)設備在低功耗模式下運行并延長(cháng)電池壽命。 

省電模式 (PSM)

PSM 功能允許物聯(lián)網(wǎng)設備長(cháng)時(shí)間休眠而不會(huì )被網(wǎng)絡(luò )尋呼喚醒。典型的蜂窩設備在兩種模式之間主動(dòng)轉換 - IDLE 和 ACTIVE。當設備不發(fā)送/接收流量時(shí)，它會(huì )進(jìn)入空閑狀態(tài)，這會(huì )對電池壽命產(chǎn)生積極影響。假設有 IP 數據包需要傳送到設備和設備的網(wǎng)絡(luò )頁(yè)面。設備必須響應該頁(yè)面并轉換到 ACTIVE 模式才能接收流量。這會(huì )對功率受限的物聯(lián)網(wǎng)設備產(chǎn)生影響。PSM 允許這些物聯(lián)網(wǎng)設備與網(wǎng)絡(luò )協(xié)商延長(cháng)睡眠時(shí)間（數小時(shí)或數天），并避免在該睡眠周期內被尋呼。如果在睡眠期間有任何流量到達設備， 

擴展不連續接收 (eDRX)

eDRX 是 Cat M 功能，允許設備長(cháng)時(shí)間休眠并以固定時(shí)間間隔（也稱(chēng)為 eDRX 周期）喚醒以發(fā)送和接收流量。啟用 eDRX 的設備需要與網(wǎng)絡(luò )協(xié)商 eDRX 周期，以避免在這些睡眠期間被網(wǎng)絡(luò )尋呼。eDRX 允許設備使用例如 10.24 秒的尋呼周期，而不是常規LTE 設備使用的 1.28 秒的尋呼周期。

PSM 和 eDRX 是互補的，都可以由 Cat M 設備使用。eDRX 可幫助設備延長(cháng)睡眠時(shí)間，以固定時(shí)間間隔喚醒，并且通常會(huì )減少設備與網(wǎng)絡(luò )之間的“閑聊”。PSM 可幫助設備延長(cháng)睡眠時(shí)間——數小時(shí)或數天。

根據用例，您可能只需要使用 eDRX、PSM 或兩者。請注意，并非所有 Cat M 網(wǎng)絡(luò )都支持 eDRX 和 PSM，但如今大多數網(wǎng)絡(luò )都支持。我們預計情況會(huì )不斷改善，隨著(zhù)更多網(wǎng)絡(luò )開(kāi)啟這兩個(gè)關(guān)鍵功能以啟用功率受限的設備。 

Cat M 網(wǎng)絡(luò )約束

雖然 Cat M 為功率受限的物聯(lián)網(wǎng)設備提供了巨大的機會(huì )，但也存在一些缺點(diǎn)。 

Cat M 提供低帶寬。盡管 Cat M 支持大約 1 Mbps 的峰值上行速度，但我們的測試表明典型速度約為 300 Kbps。

Cat M 支持尚未在世界范圍內廣泛提供。還有許多國家尚未推出 Cat M 網(wǎng)絡(luò )。在可預見(jiàn)的未來(lái)，M 類(lèi)覆蓋是常規 LTE 覆蓋的一個(gè)子集。 

在擁塞的情況下，使用 Cat M 的設備可能會(huì )被推離網(wǎng)絡(luò )（被搶占）。當蜂窩站點(diǎn)擁塞時(shí)，網(wǎng)絡(luò )可能會(huì )強制那些已連接很長(cháng)時(shí)間的 Cat M 設備斷開(kāi)連接并在稍后重新連接。

Cat M 用例

現在應該已經(jīng)很清楚了，Cat M 最適合功率受限且與應用程序云交換少量流量的物聯(lián)網(wǎng)設備。用例包括資產(chǎn)跟蹤（例如廢物管理）、智能儀表（通常是任何定期報告溫度、空氣質(zhì)量等讀數的傳感器）和智能灌溉。

一般來(lái)說(shuō)，任何使用小型電池（無(wú)法輕松更換或充電）運行的設備都可以從使用 Cat M 中受益匪淺。 

LTE Cat 1 與 Cat M

如果您的 IoT 用例涉及在您的設備和應用程序云之間保持“永遠在線(xiàn)”的連接，那么 LTE Cat 1（或 Cat 3/4）調制解調器更適合您的設備。在“永遠在線(xiàn)”模式下，您的設備不會(huì )進(jìn)入睡眠狀態(tài)，您沒(méi)有利用 Cat M 提供的任何省電功能，但同時(shí)面臨著(zhù)低帶寬連接和當您連接的本地蜂窩站點(diǎn)擁塞時(shí)，被迫斷開(kāi)連接。

常規 LTE 覆蓋遠優(yōu)于 Cat M 覆蓋。有些國家/地區不提供 Cat M，即使可用，也并非該國家/地區的所有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)都支持 Cat M。因此，當您將 Cat M 用于 IoT 設備時(shí)，它會(huì )自動(dòng)轉化為與可用連接提供商相關(guān)的選項更少。

如果您的設備經(jīng)常向/從網(wǎng)絡(luò )傳輸大量數據，則常規 LTE 調制解調器可能是比 Cat M 調制解調器更好的選擇。Cat M 連接提供的低帶寬意味著(zhù)設備必須保持在線(xiàn)更長(cháng)時(shí)間才能傳輸大文件。

如果您使用的是 PPP（點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議），則某些 Cat M 低功耗模式不受支持。當使用 PPP 時(shí)，這些調制解調器會(huì )阻止進(jìn)入低功率模式。