NB-IoT, LTE-M, LoRaWAN vai Cat-M: mikä IoT-verkko sopii?

Jokainen niistä on suunniteltu eri kompromissin pohjalta kantaman, virrankulutuksen, kaistanleveyden, liikkuvuuden ja infrastruktuurikustannusten välillä, eikä mikään niistä ole objektiivisesti katsoen ”paras”. Oikea valinta riippuu täysin siitä, mitä tietty laite tosiasiassa tarvitsee tehdä. Tässä oppaassa eritellään yksityiskohtaisesti kunkin vaihtoehdon tekniset tiedot ja käydään läpi päätöksentekokehys, jonka avulla laitteen vaatimukset voidaan sovittaa oikeaan verkkoon jo ensimmäisellä kerralla.

Tärkeimmät johtopäätökset:

• NB-IoT ja LTE-M ovat molemmat matkapuhelinverkkoihin perustuvia LPWAN-standardeja, jotka toimivat operaattorien infrastruktuurissa, mutta ne tarjoavat hyvin erilaisia datanopeuksia vastineeksi energiatehokkuudesta ja liikkuvuuden tuesta.
• LTE Cat-1 sijoittuu LTE-M:n ja täysimittaisen 4G:n väliin ja tarjoaa jopa 10 Mbps:n latausnopeuden ja 5 Mbps:n lähetysnopeuden sellaisiin IoT-sovelluksiin, jotka vaativat enemmän kaistanleveyttä kuin mittausanturit.
• LoRaWAN ei ole lainkaan matkapuhelinstandardi. Se toimii käyttöönottajan omistamassa infrastruktuurissa, ja vastineeksi tästä hallinnasta se tarjoaa alhaisimmat laitteekohtaiset kustannukset laajamittaisessa käytössä yhdellä toimipaikalla.
• Suurin kytkentähäviö (MCL) on tekninen mitta siitä, kuinka syvälle verkon signaali pystyy tunkeutumaan, ja se ennustaa paremmin todellista sisä- ja maanalaispeittoa kuin otsikoissa mainitut nopeusluvut.
• Väärän verkon valinta tulee kalliiksi korjata laitteiden toimittamisen jälkeen, koska useimmat näistä standardeista eivät ole keskenään vaihdettavissa ilman laitteiston tai SIM-kortin vaihtoa.
• Com4 tarjoaa NB-IoT-, LTE-M-, Cat-1-, tavallisen 4G- ja 5G-yhteydet sekä auttaa yrityksiä sovittamaan laitevaatimukset oikeaan verkkoon ennen laitteiston hankkimista.

Mikä näitä neljää verkkovaihtoehtoa oikeastaan erottaa toisistaan?

Teknisellä tasolla NB-IoT, LTE-M ja Cat-1 ovat kaikki saman 3GPP LTE -perheen sisällä määriteltyjä matkapuhelinstandardeja, mikä tarkoittaa, että ne toimivat olemassa olevalla matkapuhelinoperaattorien infrastruktuurilla ja otetaan käyttöön SIM-kortin kautta täsmälleen kuten tavallinen 4G. LoRaWAN eroaa arkkitehtuuriltaan: se toimii lisensoimattomalla taajuusalueella yrityksen yleensä itse omistamien ja ylläpitämien yhdyskäytävien kautta, ei matkapuhelinoperaattorin verkon kautta. Juuri tämä yksi ero – matkapuhelinverkko vai itse asennettu infrastruktuuri – on päätöksentekopuun ensimmäinen ja tärkein haarautumiskohta, ennen kuin datanopeudesta tai virrankulutuksesta edes aletaan puhua.

NB-IoT: yksinkertaisille, paikallaan pysyville, akkukäyttöisille antureille

NB-IoT (Narrowband IoT) on suunniteltu nimenomaan laitteille, jotka lähettävät pieniä määriä dataa harvoin ja joiden on toimittava akkuvirralla vuosia ilman huoltoa. Se käyttää kapeaa, noin 200 kHz:n kanavakaistanleveyttä, mikä takaa sille poikkeuksellisen energiatehokkuuden ja signaalin erinomaisen tunkeutumiskyvyn kellareihin, maanalaisiin huoltokammioihin ja tiheästi rakennettuihin sisätiloihin. Alkuperäinen NB1-määritys tarjoaa huippudatanopeuden, joka on noin 26 Kbps alaspäin ja 66 Kbps ylöspäin; uudempi NB2-standardi kaksinkertaistaa nämä arvot suunnilleen noin 127 Kbps:iin alaspäin ja 159 Kbps:iin ylöspäin. NB-IoT:n suurin kytkentähäviö (MCL), 164 dB, on suurin tässä esitetyistä matkapuhelinvaihtoehdoista, mikä tarkoittaa, että se pystyy ylläpitämään yhteyden suurempien fyysisten esteiden läpi kuin LTE-M tai Cat-1. Juuri tästä syystä se on oletusvalinta älykkäille vesi- ja kaasumittareille, ympäristöantureille ja omaisuusmerkinnöille kiinteissä, vaikeasti saavutettavissa sijainneissa.

LTE-M (Cat-M1): liikkuville tai kohtuullisen paljon dataa käyttäville laitteille

LTE-M, joka on standardoitu nimellä Cat-M1, käyttää NB-IoT:ta leveämpää 1,4 MHz:n kanavakaistanleveyttä ja tarjoaa huomattavasti suuremman läpimenonopeuden, jopa noin 1 Mbps, ja tyypillinen alaspäinlähetysnopeus on lähempänä 300 Kbps:ää. Ratkaisevaa on, että LTE-M tukee siirtymistä tukiasemien välillä, mikä tarkoittaa, että laite voi liikkua peittoalueiden välillä ja pysyä yhteydessä samalla tavalla kuin puhelin, mitä NB-IoT ei tue luotettavasti. LTE-M:n MCL on 160,7 dB 4G-verkoissa (164 dB siellä, missä 5G NR -tuki on käytettävissä), mikä on hieman alhaisempi kuin NB-IoT:n, ja siinä on uhraettu hieman läpäisykykyä liikkuvuuden ja tiedonsiirtonopeuden hyväksi. LTE-M tukee myös ääniyhteyden varajärjestelmää joissakin toteutuksissa, mitä NB-IoT ei tue. Tämä yhdistelmä tekee siitä oikean valinnan kaikkeen liikkuvaan: ajoneuvoseurantalaitteisiin, mobiilimaksupäätteisiin ja kannettaviin lääketieteellisiin laitteisiin.

LTE Cat-1: matkapuhelinverkkoon perustuvalle IoT:lle, joka tarvitsee enemmän kaistanleveyttä

LTE Cat-1 sijoittuu suorituskyvyltään LTE-M:n ja täysimittaisen kuluttaja-4G:n väliin: se tarjoaa jopa 10 Mbps:n latausnopeuden ja 5 Mbps:n lähetysnopeuden, mikä on useita kertoja LTE-M:n siirtonopeutta suurempi, mutta sen hinnoittelu ja asemointi on silti suunnattu koneiden väliseen viestintään ja IoT-käyttötapauksiin eikä älypuhelintason yhteyksiin. Sen suurin kytkentähäviö on suurempi kuin sekä LTE-M:llä että NB-IoT:llä, koska Cat-1:tä ei ole suunniteltu samankaltaisen äärimmäisen tehon ja kantaman optimoinnin pohjalta. Cat-1 sopii sovelluksiin, kuten verkkoon liitettyihin myyntipäätelaitteisiin, digitaalisiin opasteisiin ja telematiikkajärjestelmiin, jotka tarvitsevat huomattavasti enemmän kaistanleveyttä kuin mittaustyyppiset anturit, mutta eivät vaadi tavallisen 4G-moduulin koko monimutkaisuutta ja kustannuksia. Cat-1:n sukulaisversio, Cat-1bis, yksinkertaistaa antennikonfiguraatiota moduulin kustannusten alentamiseksi entisestään säilyttäen samalla samanlaisen suorituskyvyn.

LoRaWAN: yksityisille, paikkakohtaisille anturiverkostoille

Toisin kuin edellä mainitut kolme matkapuhelinverkkovaihtoehtoa, LoRaWAN ei toimi lainkaan matkapuhelinoperaattorien infrastruktuurissa. Se edellyttää omien yhdyskäytävien käyttöönottoa ja ylläpitoa tai liittymistä jaettuun alueelliseen verkkoon, jos sellainen on olemassa. Vastineeksi tästä infrastruktuurivastuusta LoRaWAN voi olla huomattavasti kustannustehokkaampi laajassa mittakaavassa yhdellä kiinteällä kohteella, kuten tehtaalla, maatilalla, satamassa tai kampuksella, jossa yritys hallitsee peittoaluetta eikä laitteiden tarvitse koskaan liikkua sen ulkopuolelle. Com4:n LoRaWAN-opas käsittelee verkkoarkkitehtuuria, laiteluokkia ja taajuuskaistoja perusteellisesti ja teknisesti yksityiskohtaisesti.

Teknisten erittelyjen vertailu: NB-IoT vs. LTE-M vs. Cat-1 vs. LoRaWAN

Miksi suurin kytkentähäviö on tärkeämpi kuin nimellisnopeus?

Suurin kytkentähäviö (MCL) mittaa desibeleinä ilmaistuna kokonais signaalihäviön, jonka verkko voi sietää tukiaseman ja laitteen välillä säilyttäen silti käyttökelpoisen yhteyden. Korkeampi MCL-arvo tarkoittaa, että verkko pystyy ylläpitämään yhteyttä useamman seinän läpi, syvemmällä maan alla tai pidemmällä etäisyydellä, mikä tekee siitä huomattavasti hyödyllisemmän luvun todellisen kattavuuden ennustamisessa kuin huippunopeus. Juuri tästä syystä NB-IoT on, huolimatta siitä, että sillä on matkapuhelinverkkojen vaihtoehdoista alhaisin läpimenonopeus, usein oikea valinta laitteille, jotka on asennettu kellareihin, maanalaisiin huoltokammioihin tai syvälle teollisuuslaitteiden sisään: sen kapea kaistanleveys mahdollistaa suuremman kytkentähäviön sietokyvyn.

Kuinka valita: vaiheittainen päätöksentekomalli

Käy nämä kysymykset läpi järjestyksessä, sillä kukin niistä karsii vaihtoehtoja sen sijaan, että ne asetettaisiin paremmuusjärjestykseen:

1. Pitääkö laitteen liikkua ja pysyä yhteydessä eri peittoalueiden välillä? Jos kyllä, valinta kohdistuu LTE-M:ään tai Cat-1:een, sillä NB-IoT ja LoRaWAN eivät tue luotettavasti siirtymiseen perustuvaa liikkuvuutta.
2. Hallitsetko käyttöönottopaikkaa, ja onko kyseessä yksi kiinteä sijainti? Jos vastaus on kyllä ja laitteiden määrä on riittävän suuri perustellakseen yhdyskäytäväinfrastruktuurin, LoRaWAN on syytä arvioida kustannustehokkuuden kannalta laajassa mittakaavassa.
3. Kuinka paljon dataa laite lähettää ja kuinka usein? Harvoin lähetettävät, pienet datamäärät puoltavat NB-IoT:ta tai LoRaWAN:ia; runsaammat ja useammin lähetettävät datamäärät viittaavat LTE-M:ään tai Cat-1:een.
4. Kuinka kauan akun on kestettävä ilman vaihtoa? Usean vuoden akunkesto puhuu vahvasti NB-IoT:n tai LoRaWAN:n puolesta verrattuna LTE-M:ään tai Cat-1:een, jotka kuluttavat enemmän virtaa tukeakseen suurempaa läpimenokapasiteettia ja liikkuvuutta.
5. Kuinka syvällä tai esteiden peitossa asennuspaikka on? Kellarit, maanalaiset holvit ja tiheästi rakennetut sisätilat puoltavat NB-IoT:n korkeampaa MCL-arvoa LTE-M:n tai Cat-1:n sijaan.
6. Tarvitseeko laite ääniyhteyden varajärjestelmää tai laajakaistaisempaa yhteyttä vaativia laiteohjelmistopäivityksiä? Jos näin on, LTE-M tai Cat-1 ovat ainoat realistiset vaihtoehdot matkapuhelinstandardeista.