何時為物聯網設備使用 LTE Cat M

2021-06-03

何時為物聯網設備使用 LTE Cat M

什么是貓 ？

LTE Cat M（也稱為LTE-M）是一種低功耗廣域 (LPWA) 技術，旨在通過蜂窩技術支持“大規模物聯網”，即數千億 (!) 的物聯網設備。Cat M 主要是指 Cat M1，因為 Cat M2 的采用還需要幾年時間。 

LTE 無線電技術使用“類別”來區分連接到 LTE 網絡的每個設備的功能。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設備，觀察到的下載速度在 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 的主要優點

Cat M 對移動網絡運營商 (MNO) 和物聯網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蜂窩站點的可用頻譜中。與有源常規 LTE 設備相比，典型的 LTE 蜂窩站點可以支持 10 倍的有源 Cat M 設備。

物聯網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時的啟動速度也比 Cat 1 調制解調器更快，從而縮短了連接時間。另一個關鍵優勢是 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，允許物聯網設備在低功耗模式下運行并延長電池壽命。 

省電模式 (PSM)

PSM 功能允許物聯網設備長時間休眠而不會被網絡尋呼喚醒。典型的蜂窩設備在兩種模式之間主動轉換 - IDLE 和 ACTIVE。當設備不發送/接收流量時，它會進入空閑狀態，這會對電池壽命產生積極影響。假設有 IP 數據包需要傳送到設備和設備的網絡頁面。設備必須響應該頁面并轉換到 ACTIVE 模式才能接收流量。這會對功率受限的物聯網設備產生影響。PSM 允許這些物聯網設備與網絡協商延長睡眠時間（數小時或數天），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，允許設備長時間休眠并以固定時間間隔（也稱為 eDRX 周期）喚醒以發送和接收流量。啟用 eDRX 的設備需要與網絡協商 eDRX 周期，以避免在這些睡眠期間被網絡尋呼。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 可幫助設備延長睡眠時間，以固定時間間隔喚醒，并且通常會減少設備與網絡之間的“閑聊”。PSM 可幫助設備延長睡眠時間——數小時或數天。

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 網絡都支持 eDRX 和 PSM，但如今大多數網絡都支持。我們預計情況會不斷改善，隨著更多網絡開啟這兩個關鍵功能以啟用功率受限的設備。 

Cat M 網絡約束

雖然 Cat M 為功率受限的物聯網設備提供了巨大的機會，但也存在一些缺點。 

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 網絡。在可預見的未來，M 類覆蓋是常規 LTE 覆蓋的一個子集。 

在擁塞的情況下，使用 Cat M 的設備可能會被推離網絡（被搶占）。當蜂窩站點擁塞時，網絡可能會強制那些已連接很長時間的 Cat M 設備斷開連接并在稍后重新連接。

Cat M 用例

現在應該已經很清楚了，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網設備。用例包括資產跟蹤（例如廢物管理）、智能儀表（通常是任何定期報告溫度、空氣質量等讀數的傳感器）和智能灌溉。

一般來說，任何使用小型電池（無法輕松更換或充電）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”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”模式下，您的設備不會進入睡眠狀態，您沒有利用 Cat M 提供的任何省電功能，但同時面臨著低帶寬連接和當您連接的本地蜂窩站點擁塞時，被迫斷開連接。

常規 LTE 覆蓋遠優于 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/地區的所有移動網絡運營都支持 Cat M。因此，當您將 Cat M 用于 IoT 設備時，它會自動轉化為與可用連接提供商相關的選項更少。

如果您的設備經常向/從網絡傳輸大量數據，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設備必須保持在線更長時間才能傳輸大文件。

如果您使用的是 PPP（點對點協議），則某些 Cat M 低功耗模式不受支持。當使用 PPP 時，這些調制解調器會阻止進入低功率模式。