IoT cellulaire : comparer performances EC-GSM-IoT, NB-IoT et LTE-M

Note de l'éditeur : La demande croissante pour connectivité IoT ubiquitaire s'aligne parfaitement avec les technologies cellulaires émergentes conçues pour l'Internet des objets. Les développeurs ont maintenant besoin d'insights détaillés et fiables sur ces technologies et leurs applications réelles. Cet article, extrait du livre Cellular Internet of Things, introduit les concepts clés et technologies façonnant le paysage IoT. Dans une série précédente, les auteurs ont exploré l'écosystème cellulaire évolutif, son rôle dans l'IoT, et les technologies pilotant les communications massives de type machine (mMTC) et communications ultra-fiables à faible latence (URLLC).

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Adapté de Cellular Internet of Things par Olof Liberg, Marten Sundberg, Eric Wang, Johan Bergman, et Joachim Sachs.

Chapitre 9. Le paysage technologique IoT concurrentiel (Suite)

9.3 Choix de la technologie CIoT

9.3.1 Comparaison des technologies CIoT

Les chapitres 3–8 présentent une analyse approfondie d'EC-GSM-IoT, NB-IoT et LTE-M. Ici, nous synthétisons les métriques de performance et caractéristiques clés. Pour NB-IoT, nous nous concentrons sur les déploiements in-band et stand-alone ; le mode guardband partage une performance similaire et est couvert au Chapitre 8.

9.3.1.1 Couverture et débit de données

Les débits de données uplink et downlink pour toutes les technologies CIoT sont résumés dans les Figures 9.7 et 9.8 à travers des pertes de couplage variables. Chaque technologie offre une couverture étendue jusqu'à une perte de couplage de 164 dB (MCL), une amélioration dramatique sur les réseaux GSM, UMTS et LTE legacy. L'EC-GSM-IoT atteint 164 dB avec une puissance d'émission de 33 dBm — 10 dB plus haut que la puissance requise pour NB-IoT et LTE-M pour atteindre la même couverture.

À la couverture extrême de 164 dB, le NB-IoT délivre un taux d'erreur de bloc de canal de contrôle plus bas que l'EC-GSM-IoT et LTE-M, le rendant plus robuste. LTE-M et EC-GSM-IoT peuvent employer le saut de fréquence pour une diversité de fréquence et résilience de couverture additionnelles.

Les tableaux dans Figures 9.7 et 9.8 montrent à la fois les débits de pointe instantanés de la couche physique (canal seul) et les débits effectifs incluant l'ordonnancement et la surcharge de contrôle. On assume une opération half-duplex pour toutes les technologies ; les dispositifs LTE-M peuvent aussi être configurés pour full-duplex, approchant le débit de pointe instantané. Les débits sont montrés pour liaisons idéales, 144 dB (bord de cellule), et 154/164 dB (couverture étendue 10/20 dB).

LTE-M surpasse constamment NB-IoT et EC-GSM-IoT en débits uplink et downlink quand les dispositifs sont en couverture normale. En couverture étendue, les débits uplink sont limités par la puissance d'émission, et les trois technologies s'appuient sur des répétitions pour rencontrer la qualité de liaison. À 164 dB, les débits atteignables convergent ; EC-GSM-IoT mène légèrement grâce à sa puissance de sortie plus haute. LTE-M bénéficie aussi de débits plus hauts dans le même porteur LTE comparé au NB-IoT in-band.

Les trois technologies satisfont l'exigence 3GPP de 160 bps à un MCL de 164 dB.

9.3.1.2 Latence

La latence a été évaluée avec un rapport d'exception — un message peu fréquent de haute importance (85 octets). Les trois technologies rencontrent la cible de latence 3GPP de 10 s (Release 13). En couverture normale, LTE-M offre des latences légèrement plus basses grâce à ses débits plus hauts. En couverture étendue, EC-GSM-IoT atteint la latence la plus basse car sa puissance d'émission plus haute donne des débits plus hauts. Le NB-IoT stand-alone jouit aussi de latence plus basse que le NB-IoT in-band grâce à des canaux downlink plus forts.

9.3.1.3 Durée de vie batterie

La durée de vie batterie a été évaluée pour toutes les technologies avec deux piles AA (5 Wh total) et efficacité amplificateur de puissance de 45-50 %. Tous les dispositifs CIoT emploient des cycles de sommeil agressifs, s'activant seulement pour le transfert de données et restant sinon en mode basse consommation. Des procédures efficaces réduisent la surcharge de signalisation, critique pour transmissions de petits messages.

La Figure 9.10 montre la durée de vie pour un rapport quotidien de 200 octets. Le Tableau 9.5 résume les durées de vie across tailles de messages et périodicités. Chaque technologie supporte au moins 10 ans de durée de vie batterie sous conditions typiques ; dans le pire cas 164 dB MCL, les durées de 10 ans sont atteignables seulement avec transmissions quotidiennes. Un reporting plus fréquent (ex. : toutes les 2 heures) réduit la durée de vie à 1-3 ans à 164 dB.

Les trois technologies CIoT rencontrent ou sont prêtes à rencontrer l'exigence 3GPP de 10 ans de durée de vie batterie à un MCL de 164 dB.