工业物联网的选择,NB-IoT还是4G Cat.1?

2023-05-28 0 478

编者按现阶段采用私有网络通讯的物联网电子设备,一般来说换用NB-IoT或4G Cat.1的通讯形式,在物联网智囊团正式发布的《2022年中国蜂巢组件消费市场产业发展沃苏什卡》中提及,NB-IoT及4G Cat.1组件总计销售额占国内蜂巢组件销售额的8成。所以在轻工业物联网中,三种通讯形式各有什么样特征和适用作情景呢?

通讯形式概要

甚么是NB-IoT?

2013年,部分供应商、电信公司开始产业发展蔗茅蜂巢物联网,到2015年9月通过将NB-CIoT和NB-LTE三种控制技术计划相结合,NB-IoT正式宣布问世。

NB-IoT是指蔗茅网络(Narrow Band Internet of Things)控制技术,是5G高效能以太网(LPWAN)的重要重要组成部分,如前所述已近的LTE网络控制技改而成。NB-IoT用作相连采用有线蜂巢网络的各式各样智能化感应器和电子设备,著眼高效能、可宽物联网情景,在正式发布末期快速扩充。但是,历经一两年的消费市场应用领域,NB-IoT产品由于耗电、网络覆盖、盈利模式等问题,仍未赢得市场预期的消费市场占有率。

甚么是4G Cat.1?

4G指第4代终端通讯控制技术,Cat表示LTE UE-Category,3GPP表述了数个UE-Category等级,数列越高,上下行速度的最大值越大,一般来说现实生活中所提及的4G,指的是4G Cat.4。而4G Cat.1于2009年3月被正式宣布明确提出,兼具速度、耗电和生产成本,并借助于 LTE 的网络的可宽,比 Cat.4更适宜中速度情景的网络相连消费市场需求。

工业物联网的选择,NB-IoT还是4G Cat.1?

对照

在轻工业物联网感应器应用领域情景中,何种网络相连形式更适宜?轻工业物联网感应器的平庸消费市场需求应是:低生产成本、高速度、高效能、网络平衡、全力支持海量数据镜像……

工业物联网的选择,NB-IoT还是4G Cat.1?

生产成本

得益于目前芯片控制技术的产业发展,NB-IoT与4G Cat.1终端,包括芯片、组件、电池以及基站等,均已全面实现国产化。随着物联网行业的产业发展,NB-IoT或4G Cat.1终端入网量逐年增加,各大通讯组件供应商,例如移远、广和通、芯讯通等均推出了相应的通讯组件产品。目前消费市场上三种组件的单价基本可以控制在50元以下,在电信公司的大规模招标项目中,价格甚至可达到20元以下。其中,NB-IoT组件单价还要略低于4G Cat.1组件。

速度

NB-IoT为蔗茅网络,其上行最大值速度和下行最大值速度均为250kbps,而4G Cat.1属于中速度网络,其上行最大值速度为5.2Mbps,下行最大值速度为10.3Mbps。可见4G Cat.1的最大值上、下行速度分别为NB-IoT的20倍和40倍。

在实际的测试中,以发送80k数据量(3轴温振一体感应器1个典型原始波形数据包的大小)为例:NB-IoT终端的入网和发送时间约120s,4G Cat.1终端的入网和发送时间则约为18s。显然,两者相比,采用4G Cat.1通讯形式的终端电子设备可以全力支持更快速的数据发送。此外,当单个基站接入多台终端电子设备时,数据传输速度会存在一定程度的降低。实测中单个基站同时相连40台NB-IoT终端电子设备,发送80kB数据,最长发送时间可达10min以上。

耗电

NB-IoT在正式发布末期便将高效能作为其主要特性之一,在实际的测试中发现,NB-IoT终端电子设备在25信号良好的条件下,发送数据时的峰值电流约700mA,平均电流约170mA,以发送80k数据量为例,消耗的能量约为20mWh;而同样条件下4G Cat.1终端电子设备发送数据时的最大值电流可达1.6A左右,平均电流约65mA,同样发送80k数据,消耗的能量约为1.2mWh。可见,虽然4G Cat.1在发送过程中的最大值电流约为NB-IoT最大值电流的2倍,但由于其通讯速度更高,发送同样的数据包,4G Cat.1的能量消耗仅为NB-IoT的十几分之一。

工业物联网的选择,NB-IoT还是4G Cat.1?
工业物联网的选择,NB-IoT还是4G Cat.1?

NB-IoT 耗电测试

注:

1.红线为最大值、蓝线为均值

2.计算公式:

耗电*供电电压=能量

Ah*V=Wh=mWh*10-3

网络

4G Cat.1如前所述现有的LTE网络,历经多年的4G网络建设,LTE网络在全球特别是中国有着良好的覆盖,电信公司只需要配置基站参数,即可实现Cat.1的电子设备接入。而NB-IoT需要新建基站,导致其网络覆盖率远低于LTE网络,特别是在远离市区的轻工业厂区内,NB-IoT终端电子设备无法联网通讯的情况目前仍大量存在。

总结

NB-IoT组件相比4G Cat.1组件的硬件生产成本略低,但在网络覆盖率、传输速度、耗电方面,则是4G Cat.1通讯形式更占优势。对于小数据流,市区内应用领域情景,如民用水表、电表、燃气表的数据发送,如前所述NB-IoT可以采用NB-IoT的通讯形式,但在轻工业物联网应用领域情景中,特别是数据量较大的情况,如振动波形原始数据、电流波形原始数据的发送,4G Cat.1通讯形式则是更优的优先选择。

蔗茅蜂巢物联网:即现在的NB-IoT,Narrow Band Internet of Things的简称,构建于蜂巢网络,是IoT领域一个新兴的控制技术,全力支持高效能设备在以太网的蜂巢数据相连,也被叫作高效能以太网(LPWAN)。

NB-CIoT和NB-LTE:均为NB-IoT产业发展历程中的一种。

NB-IoT产业发展历程:

2013年,业内相关供应商、电信公司展开蔗茅蜂巢物联网发展,起名为ITE-M;

2014年由沃达丰、中国终端、orange、意大利电信、华为、诺基亚等公司全力支持的ITE-M在3GPP Geran工作组立项,被重新命名为Cellular IoT;

2015年,华为和高通共同宣布了NB-CIoT计划;同年8月爱立信联合几家公司明确提出了NB-LTE概念;

2015年9月,NB-CIoT和NB-LTE两个控制技术计划进行结合,NB-IoT正式宣布问世。

LTE网络控制技术:Long Term Evolution,长期演进,是有线数据通讯控制技术标准,是由3GPP组织制定的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System的简称,通用终端通讯系统)控制技术标准的长期演进,于2004年12月在3GPP多伦多会议上正式宣布立项并启动。

LTE UE-Category:LTE指的是4GLTE网络、UE是指用户电子设备、Category翻译为等级。通顺解释就是,用户电子设备能够全力支持的4G LTE网络传输速度的等级,也可以说成是4G网络速度的一个控制技术标准。

3GPP:全称为3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划。成立于1998年12月,由数个电信标准组织伙伴共同签署,目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡,保证未来控制技术的后向兼容性,全力支持轻松建网及系统间的漫游和兼容性。

上行最大值速度和下行最大值速度:上行速度是指移动终端给基站发送信息时的数据传输速度,比如手机、笔记本等有线终端给基站传输数据速度;下行速度是指基站向终端终端发送信息时的传输速度,比如手机或笔记本等有线终端从基站或者网络下载数据的速度。

作者丨屈晓南

校对丨毛娜

编辑丨毛娜

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