NB- IoT vs LTE-M : voici de quoi parle le buzz de l' IoT cellulaire
Dans cette analyse, nous examinons deux des technologies les plus en vogue en matière IoT cellulaire : NB- IoT vs LTE-M. Jetez un œil au futur !
En bref, NB- IoT est idéal pour les cas d'utilisation à faible débit de données qui ne nécessitent pas de taux de rafraîchissement élevés (pensez au comptage intelligent), tandis que le LTE-M est idéal pour la mobilité et la voix car il prend en charge la technologie VoLTE pour des cas d'utilisation tels que la sécurité intelligente. L’autonomie et la durée de vie de la batterie sont comparables pour les deux.
Avec la popularité croissante des technologies IoT cellulaires telles que NB- IoT et LTE-M, l’Internet des objets s’oriente enfin vers un monde axé sur le mobile.
Également connues sous les noms de LTE Cat-NB1/NB2 et LTE Cat-M1/M2, NB- IoT et LTE-M sont des technologies développées par l'organisation mondiale de normalisation 3GPP . Voici un tableau récapitulant toutes IoT mises à disposition jusqu'à présent :
Vous trouvez le schéma de dénomination un peu déroutant ?
C'est parce que c'est déroutant .
Le fait que 3GPP ajoute à la fois les marques « 5G » et « NR » (New Radio) à son offre IoT la version 15 de ses spécifications n’aide pas non plus beaucoup. Par exemple, voici une affiche qu'ils ont publiée :
Bien qu'intéressante à examiner, cette liste de fonctionnalités ne nous a pas aidé à prendre une décision éclairée quant au protocole IoT cellulaire le mieux adapté à un cas d'utilisation spécifique. Nous avons donc décidé de brosser un tableau plus clair.
Continuez à lire pour obtenir des informations détaillées sur le fonctionnement du schéma de dénomination du 3GPP et pourquoi cela est important pour notre comparaison approfondie entre deux des plus grands noms du jeu de l' IoT cellulaire : NB- IoT vs LTE-M.
Comment fonctionne le système de dénomination du 3GPP
Sur les marchés grand public, la 5G est tout ce dont les fournisseurs de réseaux raffolent en 2020, mais IoT cellulaire nécessite plus qu'un « simple » ralentisseur ou un changement de marque pour avoir un sens.
Puisque nous parlons de réseaux cellulaires, il est important de comprendre les bases du schéma de dénomination de 3GPP et la façon dont ils itèrent sur leurs technologies.
Comme le souligne clairement Ericsson dans sa IoT :
3GPP utilise le concept de « Releases » pour désigner un ensemble stable de spécifications qui peuvent être utilisées pour la mise en œuvre de fonctionnalités à un moment donné.
Si nous regardons l'affiche ci-dessus, nous pouvons voir que nous en sommes actuellement aux premiers stades 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 version 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 nous lancer dans la comparaison, voici une définition rapide des deux protocoles, ainsi que de leurs catégories de première et deuxième génération.
NB- IoT
En référence à l'un des communiqués de presse de février 2016, NB- IoT est défini comme « une nouvelle radio ajoutée à la plate-forme LTE, optimisée pour l'extrémité basse [bande passante] du marché ». Dans leur de l'Internet cellulaire des objets , ils développent ce concept en mettant en évidence certaines fonctionnalités et avantages clés du NB- IoT :
NB- IoT peut fonctionner sur une bande passante système aussi basse que 200 kHz et prend en charge une bande passante min. bande passante du canal de 3,75 kHz. Cela donne une flexibilité de spectre et une capacité de système inégalées, en combinaison avec des qualités telles qu'un fonctionnement économe en énergie et une complexité ultra-faible des dispositifs.
NB- IoT a été conçu en pensant aux capteurs stationnaires de faible consommation.
Bénéficiant d'un taux de rafraîchissement légèrement supérieur à celui des protocoles IoT LoRaWAN , NB- IoT est parfait pour les cas d'utilisation où une connectivité de données stationnaires et à distance est une exigence (pensez aux compteurs intelligents pour les réservoirs de carburant, aux parkings intelligents, etc.).
La latence est élevée à ~1,5/10 secondes.
Puisqu'il y a beaucoup de confusion sur la dénomination, il est important de noter que les catégories Cat-NB1/NB2 sont plutôt insaisissables (la navigation dans les documents de version est pour le moins ardue) 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 maximal en liaison descendante | ~26 kbit/s | ~80/127 kbit/s |
| TBS de liaison montante maximale | 1000 bits | 2536 bits |
| Débit de données maximum en liaison montante | ~62 kbit/s | ~105/159 kbit/s |
| Positionnement | ID de cellule | OTDOA, E-CID |
Source : Haltien
Nous avons gardé le tableau assez simple pour ne pas ajouter de détails inutiles. En termes simples, LTE Cat-NB2 est une amélioration progressive par rapport au LTE Cat-NB1, permettant une plus grande taille de bloc de transport (TBS) et des débits de données maximum plus élevés.
Une autre grande amélioration du LTE Cat-NB2, en particulier 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 plus grande précision de localisation.
Mais le changement le plus important et le plus apprécié concerne la mobilité. Cat-NB2 introduit la reconnexion en mode appareil connecté, contrairement à la reconnexion en mode veille uniquement de Cat-NB1 qui ne permettrait aucune sorte de 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 a étendu la couverture nationale du réseau NB- IoT à « plus de 92 % de la population américaine » en mai 2019, 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 Machine Type Communication . Depuis la version 13 , le LTE Cat-M1 a été placé sous la spécification « eMTC » (ou Enhanced Machine Type Communication ), pour être ensuite rejoint par sa version la plus récente, le LTE Cat-M2.
Citant directement le 3GPP :
Les principaux composants du LTE-M sont une série de catégories d'appareils à faible coût (par exemple Cat-M1 et Cat-M2) et deux modes d'amélioration de la couverture (c'est-à-dire les modes CE A et B). LTE-M a été conçu pour réduire la complexité des appareils afin de rendre le LTE compétitif avec l'EGPRS sur le marché du MTC. Il prend en charge une communication sécurisée, une couverture omniprésente et une capacité système élevée.
LTE-M offre une latence plus faible et un débit plus élevé par rapport à EC-GSM- IoT , NB- IoT et à la plupart des autres technologies de l' IoT . Par conséquent, il consomme également plus d’énergie et n’est pas utilisé dans autant de réseaux que le NB- IoT .
Tout comme 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 les technologies non-eMTC comme LTE Cat-0/1 pour l'instant).
Voici un bref aperçu des différences entre les deux :
| LTE Cat-M1 | LTE Cat-M2 | |
|---|---|---|
| Bandes passantes de transmission 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 maximal en liaison descendante | 1 Mbit/s | ~4Mbit/s |
| TBS de liaison montante maximale | 2984 bits | 6968 bits |
| Débit de données maximum en liaison montante | 1 Mbit/s | ~7 Mbit/s |
Source : ScienceDirect
Tout comme le LTE Cat-NB2, le 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 les blocs de ressources physiques (PRB), le 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, le LTE-M n'a pas connu le même taux de croissance que le NB- IoT dans de nombreux pays développés (et est plus concentré dans la zone nord-américaine) :
Les différences entre NB- IoT et LTE-M
Sur la base des définitions précédentes et de la courte vidéo présentée ci-dessus, les différences entre NB- IoT et LTE-M peuvent être récapitulées comme suit :
| NB- IoT | LTE-M | |
|---|---|---|
| Débit de données de pointe | <100 kbit/s | >384 kbps, jusqu'à 1 Mbps |
| Latence | 1,5-10 s | 50-100 ms |
| Consommation d'énergie | Meilleur à des débits de données très faibles | Idéal pour les débits de données moyens à élevés |
| Mobilité | Non pour Cat-NB1, limité pour Cat-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 faible
D'un autre côté, le LTE-M est idéal pour :
- Débits de données à large bande passante
- Mobilité (suivi des actifs, véhicules, etc.)
- Connectivité vocale grâce à la technologie VoLTE
Cela dresse un tableau dans lequel le NB- IoT est le mieux adapté aux cas d'utilisation industriels et liés aux infrastructures à faible coût, tandis que le LTE-M est idéal pour les entreprises clientes intéressées par le transport et la logistique, y compris le suivi de la chaîne d'approvisionnement.
Voici quelques-uns des meilleurs cas d’utilisation pour chaque protocole :
| Application | NB- IoT | LTE-M |
|---|---|---|
| Villes intelligentes | Applications stationnaires nécessitant peu de 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 de lourdes exigences en matière de liaison descendante et/ou de prise en charge vocale, telles que l'éclairage public, la gestion du trafic, les boutons d'urgence et les stations SOS avec prise en charge vocale en option. |
| Agriculture intelligente | Applications stationnaires avec de faibles exigences en matière de bande passante, telles que les stations météorologiques, l'humidité/température et les niveaux d'humidité du sol, ainsi que d'autres applications environnementales. | Applications nécessitant de lourdes exigences en matière de liaison descendante et/ou de mobilité, telles que l'irrigation intelligente, le contrôle CVC dans les stabulations d'animaux et le suivi des animaux vivants. |
| Logistique et transport | Actifs semi-stationnaires tels que les équipements de réfrigération commerciale (glaces, boissons, etc.) et les équipements logistiques sur site (racks, chariots, ascenseurs et autres machines d'entrepôt). | Applications de suivi personnel (voitures, vélos, animaux, enfants), de surveillance de flotte (notamment camions) et d'actifs non stationnaires tels que les équipements logistiques (fret, caisses, palettes, etc.). |
| Industriel et manufacturier | Machines fixes avec de faibles débits de données pour les variables de processus affectant indirectement la production ou la qualité, le suivi des actifs industriels et la surveillance de l'énergie. | Machines ayant des exigences de bande passante plus élevées pour les variables de processus affectant directement la production ou la qualité, gateway IoT liées aux automates pour la surveillance des balises et la surveillance des travailleurs. |
Comment le marché réagit à NB IoT et LTE-M
Depuis la version 13, les opérateurs de réseaux ont introduit un certain nombre d'innovations pour leur infrastructure, prenant en charge à la fois NB- IoT et LTE-M dans certains cas.
Voici quelques statistiques fournies par Global Ecosystem and Market Status (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.
- À la place, 60 opérateurs utilisent les réseaux LTE-M, dont 34 entièrement déployés et prêts à être utilisés à des fins commerciales.
Entre avril 2018 et avril 2019, 29 pays ont lancé des réseaux NB- IoT uniquement, tandis que 2 pays ont lancé des réseaux uniquement LTE-M. Cela montre clairement que NB- IoT est la technologie leader parmi toutes les catégories IoT cellulaire du 3GPP.
Voici une visualisation des pays avec des réseaux NB- IoT et LTE-M déployés :
Mais l'histoire ne s'arrête pas là. Le rapport de GSA nous fournit également des chiffres révélateurs concernant le format de l'appareil et la disponibilité du chipset :
- À l'échelle mondiale, il existe actuellement 142 appareils reconnus prenant en charge toutes les variantes de NB- IoT , dont 76 prenant en charge uniquement Cat-NB1 (la première version de NB- IoT ).
- De même, 134 appareils prennent en charge LTE-M, dont 68 prenant uniquement en charge Cat-M1.
Avec 24 chipsets disponibles dans le commerce à la fois sur NB- IoT et LTE-M, le paysage IoT devient de plus en plus diversifié et abordable, même pour les passionnés.
En termes de facteur de forme, le cas d'utilisation matérielle le plus populaire pour ces chipsets est celui des modules, les trackers d'actifs et autres types de matériel étant « à la traîne » loin derrière :
Voici quelques exemples de périphériques prenant en charge ces chipsets :
- Le Boron LTE de Particle : une carte de développement compatible LTE CAT-M1/NB1 qui peut agir comme un point de terminaison 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).
En gardant ces données à l’esprit et compte tenu des différences de performances entre NB- IoT et LTE-M, le choix du protocole à utiliser appartient entièrement aux fournisseurs.
Un avenir radieux pour le NB IoT et le LTE-M
Mis à part la confusion en matière de dénomination et de marque 5G, l’avenir est prometteur à la fois 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, allant directement à l'encontre de la technologie non cellulaire LoRa .
La GSMA , tout comme la GSA, rapporte également qu'un total de 127 réseaux commerciaux ont été lancés avec LTE-M ou NB- IoT (le second prenant la tête en raison de la facilité de déploiement), une tendance qui ne montre aucun signe d'arrêt.
Dans un monde de plus en plus connecté, que pensez-vous de l’engouement pour l’ IoT cellulaire ? Faites-le nous savoir dans les commentaires ci-dessous et n'oubliez pas de partager l'article !
