NB-IoT vs LTE-M : de quoi parle l’Internet IoT cellulaires ?
Dans cette analyse, nous examinons deux des technologies les plus prometteuses de IoTcellulaire : NB-IoT et LTE-M. Découvrez un aperçu du futur !
En résumé, le NB-IoT est idéal pour les applications à faible débit ne nécessitant pas de taux de rafraîchissement élevés (comme les compteurs intelligents), tandis que le LTE-M est parfait pour la mobilité et la voix grâce à sa compatibilité avec la technologie VoLTE, notamment pour la sécurité intelligente. La portée et l'autonomie sont comparables pour les deux technologies.
Avec la popularité croissante des technologies IoT cellulaires comme le NB-IoT et le LTE-M, l'Internet des objets évolue enfin vers un monde où le mobile prime.
Également connues sous les noms de LTE Cat-NB1/NB2 et LTE Cat-M1/M2, les technologies NB- IoT et LTE-M sont développées par l'organisme de normalisation international 3GPP . Voici un tableau récapitulatif de toutes IoT disponibles à ce jour :
Vous trouvez le système de dénomination un peu déroutant ?
C'est parce que c'est déroutant.
Le fait que le 3GPP ajoute les appellations « 5G » et « NR » (New Radio) à son offre IoT la version 15 de ses spécifications n’arrange rien. Par exemple, voici une affiche qu’ils ont récemment publiée :
Bien qu'intéressante à consulter, cette liste de fonctionnalités ne nous a pas permis de prendre une décision éclairée quant au protocole IoT cellulaire le mieux adapté à un cas d'utilisation spécifique ; nous avons donc décidé de présenter un tableau plus clair.
Poursuivez votre lecture pour obtenir des informations détaillées sur le fonctionnement du système de dénomination du 3GPP et sur son importance pour notre comparaison approfondie entre deux des plus grands noms de l' IoT des objets cellulaires : NB-IoT et LTE-M.
Fonctionnement du système de dénomination du 3GPP
Sur les marchés grand public, la 5G est le sujet de conversation principal des opérateurs de réseau en 2020, mais IoT des objets cellulaires nécessite plus qu'une simple amélioration de la vitesse ou un changement d'image pour avoir du sens.
Puisqu'il est question de réseaux cellulaires, il est important de comprendre les bases du système de dénomination du 3GPP et la manière dont ils font évoluer leurs technologies.
Comme l'a clairement souligné Ericsson dans son « abécédaire » IoT
Le 3GPP utilise le concept de « Releases » pour désigner un ensemble stable de spécifications pouvant être utilisées pour la mise en œuvre de fonctionnalités à un moment donné.
Si l'on regarde l'affiche ci-dessus, on peut voir que nous sommes actuellement dans les premières étapes de la version 16 , la version 17 prévue pour juin 2021.
Connus officieusement sous les noms de NB- IoT et LTE-M, les deux protocoles ont été lancés en 2017 dans le cadre de la Release 13 , en commençant par LTE Cat-NB1 et LTE Cat-M1 (où « Cat » signifie catégorie, « NB » signifie bande étroite et « M » signifie machine).
Examinons ces deux protocoles côte à côte.
NB-IoT vs LTE-M : une comparaison approfondie
Avant de passer à la comparaison, voici une brève définition des deux protocoles, ainsi que leurs catégories de première et de deuxième génération.
NB-IoT
Pour reprendre un communiqué de presse datant de février 2016, le NB- IoT est défini comme « une nouvelle radio ajoutée à la plateforme LTE, optimisée pour les applications à faible bande passante ». Dans leur bilan 2017 sur l'Internet des objets cellulaires , ils développent ce concept en soulignant certaines caractéristiques et avantages IoT
IoT NB peut fonctionner avec une bande passante système minimale de 200 kHz et prend en charge une bande passante minimale de canal de 3,75 kHz. Ceci offre une flexibilité spectrale et une capacité système inégalées, combinées à des qualités telles qu'un fonctionnement écoénergétique et une complexité des dispositifs extrêmement faible.
IoT NB a été conçu en pensant aux capteurs stationnaires à faible consommation.
Avec un taux de rafraîchissement légèrement supérieur à celui IoT comme LoRaWAN , le NB- IoT est idéal pour les cas d'utilisation où une connectivité de données distante et stationnaire est requise (pensez aux compteurs intelligents pour les réservoirs de carburant, aux parkings intelligents, etc.).
La latence est élevée, à environ 1,5/10 secondes.
Étant donné la grande confusion qui règne autour de la dénomination, il est important de noter que les catégories Cat-NB1/NB2 sont plutôt difficiles à cerner (naviguer dans les documents de publication est pour le moins ardu) mais cruciales pour la compréhension du NB- IoT .
Voici un tableau mettant en évidence les différences entre les deux :
| LTE Cat-NB1 | LTE Cat-NB2 | |
|---|---|---|
| TBS de liaison descendante maximale | 680 bits | 2536 bits |
| Débit de données descendant maximal | ~26 kbps | ~80/127 kbps |
| Max Uplink TBS | 1000 bits | 2536 bits |
| Débit de données montant maximal | ~62 kbps | ~105/159 kbps |
| Positionnement | ID de cellule | OTDOA, E-CID |
Source : Haltian
Nous avons simplifié le tableau au maximum afin d'éviter tout détail superflu. En résumé, la norme LTE Cat-NB2 représente une amélioration progressive par rapport à la norme LTE Cat-NB1, permettant une taille de bloc de transport (TBS) plus importante et des débits de données maximaux plus élevés.
Une autre amélioration majeure apportée par la LTE Cat-NB2, notamment pour une utilisation à distance, est l'introduction de l'OTDOA (Observed Time Difference of Arrival) et de l'E-CID (Enhanced Cell ID), permettant une précision de localisation accrue.
Mais le changement le plus important et le plus apprécié concerne la mobilité. La norme Cat-NB2 permet la reconnexion en mode connecté, contrairement à la Cat-NB1 qui ne permettait la reconnexion qu'en mode veille et donc aucune fonctionnalité mobile.
Il convient également de mentionner que le NB-IoT est déjà déployé dans de nombreux pays à travers le monde, avec une concentration particulière dans la zone européenne :
Aux États-Unis, Verizon IoT nationale couvrant « plus de 92 % de la population américaine », permettant aux entreprises de choisir parmi une variété de forfaits de données pour les applications IoT .
LTE-M
LTE-M est l'abréviation de LTE-MTC, où « MTC » signifie « communication de type machine » . Depuis la version 13 , la norme LTE Cat-M1 a été placée sous la spécification « eMTC » (ou communication de type machine améliorée ), à laquelle s'est ajoutée ultérieurement sa version plus récente : LTE Cat-M2.
Pour citer directement le 3GPP :
Les principaux composants de LTE-M sont une série de catégories d'appareils à bas coût (par exemple, Cat-M1 et Cat-M2) et deux modes d'amélioration de la couverture (modes CE A et B). LTE-M a été conçu pour simplifier les appareils et rendre LTE compétitif face à EGPRS sur le marché des télécommunications mobiles. Il offre une communication sécurisée, une couverture omniprésente et une capacité système élevée.
La technologie LTE-M offre une latence plus faible et un débit plus élevé que les technologies EC-GSM- IoT , NB- IoT et la plupart des autres technologies de l' IoT des objets cellulaire. Par conséquent, elle consomme également plus d'énergie et n'est pas déployée dans autant de réseaux que la technologie NB- IoT .
Tout comme pour les catégories NB-IoT , il est également important de comprendre la différence entre les catégories LTE-M : Cat-M1 et Cat-M2 (nous laisserons de côté pour le moment les technologies non-eMTC comme LTE Cat-0/1).
Voici un bref récapitulatif des différences entre les deux :
| LTE Cat.M1 | LTE Cat.M2 | |
|---|---|---|
| Bandes passantes d'émission et de réception | 1,4 MHz | 5 MHz |
| Bande passante du canal | 6 PRB | 24 PRB |
| TBS de liaison descendante maximale | 2984 bits | 4008 bits |
| Débit de données descendant maximal | 1 Mbit/s | ~4 Mbit/s |
| Max Uplink TBS | 2984 bits | 6968 bits |
| Débit de données montant maximal | 1 Mbit/s | ~7 Mbit/s |
Source : ScienceDirect
Tout comme la LTE Cat-NB2, la LTE Cat-M2 est une amélioration progressive visant à fournir plus de bande passante tout en maintenant une complexité relativement faible.
Avec des bandes passantes de transfert/réception de 5 MHz et quatre fois plus de blocs de ressources physiques (PRB), la LTE Cat-M2 prend en charge des débits de données plus élevés pour une connectivité plus rapide.
Pour des raisons d'accessibilité et de facilité de déploiement, la technologie LTE-M n'a pas connu le même taux de croissance que la NB-IoT dans de nombreux pays développés (et est davantage concentrée en Amérique du Nord) :
Différences entre NB-IoT et LTE-M
D’après les définitions précédentes et la courte vidéo présentée ci-dessus, les différences entre NB-IoT et LTE-M peuvent être résumées comme suit :
| NB-IoT | LTE-M | |
|---|---|---|
| Débit de données maximal | <100 kbps | >384 kbit/s, jusqu'à 1 Mbit/s |
| Latence | 1,5 à 10 s | 50-100 ms |
| Consommation d'énergie | Optimisé à très faible débit de données | Optimisé pour des débits de données moyens à élevés |
| Mobilité | Non pour la catégorie NB1, limité pour la catégorie NB2 | Oui |
| Voix (VoLTE) | Non | Oui |
| Antennes | 1 | 1 |
NB-IoT est optimisé pour :
- connexions à faible débit de données
- Utilisation stationnaire (avec Cat-NB2 permettant une mobilité limitée)
- Coût par appareil extrêmement bas
En revanche, la LTE-M est idéale pour :
- Débits de données à large bande passante
- Mobilité (suivi des actifs, véhicules, etc.)
- Connectivité vocale via la technologie VoLTE
Cela donne l'image suivante : le NB-IoT est parfaitement adapté aux cas d'utilisation industriels et liés aux infrastructures à faible coût, tandis que le LTE-M est idéal pour les entreprises intéressées par le transport et la logistique, y compris le suivi de la chaîne d'approvisionnement.
Voici quelques exemples d'utilisation optimale pour chaque protocole :
| Application | NB-IoT | LTE-M |
|---|---|---|
| Villes intelligentes | Applications stationnaires à faible besoin en bande passante telles que le stationnement intelligent, la surveillance du bruit et de la pollution, la gestion des déchets et la surveillance intelligente du trafic. | Applications nécessitant un débit descendant important et/ou une assistance vocale, telles que l'éclairage public, la gestion du trafic, les boutons d'alerte et les stations SOS avec assistance vocale optionnelle. |
| Agriculture intelligente | Applications stationnaires à faible besoin en bande passante telles que les stations météorologiques, les mesures d'humidité/température du sol et d'humidité relative, et autres applications environnementales. | Applications nécessitant une liaison descendante importante et/ou une mobilité, telles que l'irrigation intelligente, le contrôle du CVC dans les bâtiments d'élevage et le suivi des animaux vivants. |
| Logistique et transport | Les actifs semi-stationnaires tels que les équipements de réfrigération commerciale (crèmes glacées, boissons, etc.) et les équipements logistiques sur site (rayonnages, chariots, élévateurs et autres machines d'entrepôt). | Applications de suivi personnel (voitures, vélos, animaux de compagnie, enfants), suivi de flottes (notamment de camions) et actifs non stationnaires tels que les équipements logistiques (marchandises, caisses, palettes, etc.). |
| Industrie et fabrication | Machines stationnaires à faible débit de données pour les variables de processus affectant indirectement la production ou la qualité, suivi des actifs industriels et surveillance de l'énergie. | Machines nécessitant une bande passante plus élevée pour les variables de processus affectant directement la production ou la qualité, gatewayIoT reliées à des automates programmables pour la surveillance des étiquettes et la surveillance des travailleurs. |
Comment le marché réagit aux technologies NB-IoT et LTE-M
Depuis la Release 13, les opérateurs de réseau ont introduit un certain nombre d'innovations pour leur infrastructure, prenant en charge à la fois le NB-IoT et le LTE-M dans certains cas.
Voici quelques statistiques fournies par le rapport de la GSA sur l'état de l'écosystème et du marché mondial (publié en avril 2019 et qui devrait probablement être mis à jour prochainement) :
- 141 opérateurs investissent activement dans les réseaux NB-IoT , dont 90 sont entièrement déployés et prêts à être utilisés commercialement.
- 60 opérateurs utilisent à la place les réseaux LTE-M, dont 34 sont entièrement déployés et prêts à être utilisés à des fins commerciales.
Entre avril 2018 et avril 2019, 29 pays ont déployé des réseaux exclusivement NB-IoT , tandis que 2 pays ont déployé des réseaux exclusivement LTE-M. Cela démontre clairement que le NB-IoT est la technologie dominante parmi toutes les catégories IoT cellulaires du 3GPP.
Voici une visualisation des pays ayant déployé des réseaux NB-IoT et LTE-M :
Mais l'histoire ne s'arrête pas là. Le rapport de la GSA nous fournit également des chiffres révélateurs concernant le format des appareils et la disponibilité des puces :
- À l’échelle mondiale, il existe actuellement 142 appareils reconnus prenant en charge toutes les variantes de NB-IoT, dont 76 prennent uniquement en charge Cat-NB1 (la première version de NB-IoT).
- De même, 134 appareils prennent en charge LTE-M, dont 68 prennent uniquement en charge Cat-M1.
Avec 24 puces disponibles dans le commerce pour les technologies NB-IoT et LTE-M, le paysage IoT devient plus diversifié et abordable, même pour les passionnés.
En termes de format, l'utilisation matérielle la plus courante de ces puces est celle des modules, les dispositifs de suivi d'actifs et autres types de matériel étant largement à la traîne :
Voici quelques exemples d'appareils compatibles avec ces puces :
- Le Boron LTE de Particle : une carte de développement compatible LTE CAT-M1/NB1 pouvant servir de terminal cellulaire autonome.
- Le NL-AT2 de NimbeLink : un dispositif de suivi des actifs qui exploite la connectivité cellulaire pour offrir des capacités de surveillance haut de gamme.
- La Wio LTE de Seeed : une carte conçue spécifiquement pour IoT (Cat-NB1 et Cat-M1).
Au vu de ces données, et compte tenu des différences de performances entre NB-IoT et LTE-M, le choix du protocole à utiliser revient entièrement aux fournisseurs.
Un avenir prometteur pour le NB-IoT et le LTE-M
Mis à part la confusion autour des noms et du marketing de la 5G, l'avenir est prometteur pour le NB- IoT et le LTE-M. Les prévisions de Statista montrent que le NB- IoT atteindra plus de 750 millions de connexions d'ici 2023, s'opposant directement à la technologie non cellulaire LoRa .
La GSMA , tout comme la GSA, signale également qu'un total de 127 réseaux commerciaux ont été lancés avec LTE-M ou NB- IoT (ce dernier étant en tête en raison de sa facilité de déploiement), une tendance qui ne montre aucun signe d'essoufflement.
Dans un monde de plus en plus connecté, que pensez-vous de l'engouement pour l' IoT cellulaires ? Partagez votre avis dans les commentaires ci-dessous et n'oubliez pas de partager l'article !
