LTE Cat-M1和LTE Cat-NB1已经推出，以取代预定即将退网的2G和3G技术。您需要了解这些用于物联网的新LTE技术：覆盖范围，速度，成本以及使它们工作的硬件。
物联网（IoT）的产品声明通常描述为理想条件，但并非所有物联网都可以访问可靠的无线互联网连接。毕竟，Wi-Fi仍然需要一个在一定覆盖范围内的路由器，它连接上行到互联网服务供应商。一些物联网设备需要通过蜂窝服务进行独立连接，例如范围广泛的便携式设备（例如智能手表）等无法访问可靠的，安全的Wi-Fi网络，或者位于极其偏远位置（例如荒野管道监控站）处的设备。但是，大多数物联网产品试图实现最低的成本，而具有蜂窝服务功能的物联网设备通常比通过路由器无线连接到互联网的设备更加困难。典型的物联网需要高容量，低成本的传感和某种形式的互联网连接，以便将数据传输到另一台性能更高的计算机或服务器上。
图1
图1：支持蜂窝的物联网平台模块（E系列）的框图。预先通过FCC和运营商终端设备认证的模块可节省数千美元。 （来源：www.Particle.io）
蜂窝物联网最容易实现的硬件模块可以为包括2G，3G和4G LTE在内的全部长期演进（LTE）蜂窝通信技术提供全球地理覆盖。支持世界各地的很多频率子集。一旦确定了要部署物联网设备的位置，您需要知道该位置有多少可用的蜂窝频率，哪些运营商支持这些特定频率，并确定最符合您的需求的载波。然后找到一个支持相同特定频率的硬件模块。硬件模块和载波必须支持相同的频率。
英特尔正在与爱立信和中国移动合作提供蜂窝物联网互操作连接，将英特尔®XMM™7115 NB-IoT调制解调器芯片（嵌入在Fibocom的模块中）集成到工厂设备中。
有几家主要的运营商提供基础设施和覆盖，称为移动网络运营商（MNO）。在美国，覆盖全国的移动网络运营商有AT＆T，Verizon，Sprint和T-Mobile（最近后两者在着手合并）。在产品供应链的下游，移动虚拟网络运营商（MVNO）通过租赁主要运营商的网络来提供服务。 MVNO没有自己的基础设施，通常在多个运营商之间聚合服务，并且经常占据主要运营商认为不值得投资的市场。 MVNO倾向于提供预付费合同，缺少MNO提供的功能，并且通常不提供最新的技术。
2G和3G的到期退网日期
尽管2G和3G对于很多物联网应用来说都非常出色，但两种网络最终都将无法使用。运营商用于维护2G和3G基础设施的成本并不划算，因为使用量在稳步下降。然而，由于IoT（物联网）受益于低带宽（BW）和低成本的2G，T-Mobile曾表示它将在2021年之前终止提供2G和3G服务。AT＆T已经关闭其2G基础设施，不再认证新的3G产品，并被推测到2021年结束3G。 Verizon将于2019年12月31日前终止对2G和3G网络的支持。所有运营商都在寻找节省2G和3G基础设施维护的办法。
2G和3G，载波带宽较窄，数据速率较慢，现有基础设施比4G LTE便宜，因此是物联网的理想选择。根据所使用的技术，2G网络的速度为每秒0.50至1.9兆比特（Mbps），3G可以提供14至168 Mbps的速度。根据应用的不同，物联网设备要求在数据速率带宽，物联网设备移动的物理速度，延迟，接收范围以及IoT（物联网）设备每个时间段（占空比）发送的报告数量方面可能会有很大的差异。请参阅表1以获取物联网设备在各种物联网应用中的典型规格要求列表。
更快的LTE（4G）网络几乎覆盖了全球。 （请注意，覆盖范围与能接收到信号有所不同;移动设备可能位于覆盖范围很好但由于当地条件限制而无法接收信号的位置。）由于术语“LTE”未以任何方式进行商标或规定，因此它以许多不同的名称销售。 LTE也是许多类别的LTE技术的总称。例如，LTE Advanced（Cat 6至Cat 20）以各种名称（例如4G +，LTE +，4GX，4.5G或4G LTE Ultra）进行广告。先进的LTE（LTE-A）的优点之一是多个LTE运营商可以组合资源来提供总带宽，以称为载波聚合的机制来增加数据吞吐量。载波聚合意味着用户在拥塞网络中的影响较小，运营商可以通过汇聚协议更高效地运行网络。目前，LTE的覆盖范围显着改善。 LTE可能包含许多协议和频率，但LTE覆盖通常是普遍的，而2G覆盖范围要低得多。因此，在考虑开发蜂窝式物联网时，请确保您的服务区域的覆盖范围位于运营商的覆盖地图上。 Cellular IoT（蜂窝物联网）的另一个考虑是大多数运营商利用与其他运营商的漫游协议来提供全球覆盖。漫游计划带来优势，因为访问一个运营商通常意味着获得全球覆盖计划。运营商将与全球合作伙伴签署漫游协议，以便产品开发者不必与全球多家运营商进行谈判。
表1
表1：物联网应用的典型要求。 （来源：支持物联网的Cellular Technologies，5G美洲之声）
用于物联网的新型蜂窝技术
3GPP目前明确用于IoT的三种新的运营商网络服务是窄带IoT（NB-IoT或LTE Cat-NB1），LTE Cat M1和LTE Cat 1。重要的是要注意，运营商已经实施的漫游协议不一定涵盖所有这些LTE IoT技术。漫游也需要更长的时间进行连接。 2016年6月，电信标准化组织第三代合作伙伴计划（3GPP）宣布已经完成了NB-IoT，eMTC（又名LTE Cat-M1）和EC-GSM-IoT技术标准以解决物联网市场的应用需求。该标准是LTE Advanced Pro网络协议第13版（Release 13）的一部分。
尽管LTE CAT-M1和-NB1在成本上相似，但LTE M1在现实的350 kbps速率下稍微贵一些。 LTE Cat-NB1具有低于150 kbps的较低带宽，一些模块承诺27 kbps。与LTE M1不同，LTE NB1无法顺利切换蜂窝塔之间的连接。但是，如果在LTE NB1上部署设备并且必须移动，即使使用一个塔的静止传感器是目标用例，而应用层仍然可以在塔之间进行连接切换。 LTE NB1具有比LTE M1更低的传输电流消耗，长时间的睡眠时间（30s）以及1.4到10秒的延迟。由于LTE M1支持LTE语音（VoLTE），因此LTE M1具有更高的传输电流消耗，10到15毫秒的延迟，适用于机器对人通信或反之亦然。 Verizon于2015年底推出LTE Cat-M1，并支持LTE Cat 1。 T-Mobile于2018年1月推出了NB-IoT的第一个规划。T-Mobile还宣布，该公司已通过u- blox和Sierra Wireless在其网络上使用这两家公司的物联网设备的认证。其他LTE Cat-M1，-NB1和Cat-1硬件模块供应商包括Sequans Communications，Link Labs，Gemalto和Telit / Round Solutions等。英特尔正在与爱立信和中国移动合作提供蜂窝物联网互操作连接，将英特尔®XMM™7115 NB-IoT调制解调器芯片（嵌入在Fibocom的模块中）集成到工厂设施中。
表2
表2：用于物联网设备的当前可用的蜂窝技术
对于运营商而言，支持NB1或M1的选择具有财务影响，因为只需对现有蜂窝塔进行软件更新即可推出LTE-M1，而NB1则需要软件更新和新的无线电硬件。在北美，Verizon，AT＆T和Telus（加拿大的移动运营商）计划支持LTE M1。大部分欧盟（Vodaphone），中国和东南亚移动运营商似乎都支持LTE Cat-NB1。澳大利亚Telstra宣布支持LTE Cat-M1和NB-IoT。澳大利亚的Optus看起来会支持NB-IoT，日本的NTT DOMOCO支持LTE Cat-M1和-NB1。另一种蜂窝物联网开发是嵌入式SIM（eSIM）芯片，该芯片表面安装在印刷电路板上。可移除的SIM（用户识别模块，Subscriber Identity Module）卡绑定到一个运营商的网络中，并且一直是标准的，并且如果手机用户希望更换运营商（使用解锁的手机）则可以将其移除。 eSIM芯片被焊接到电路板上，并提供更换运营商的承诺，而无需更换SIM卡。拥有10万部署物联网设备的物联网开发人员的优势在于，为了更换运营商，不需要手动更换SIM卡。物理交换一张SIM卡是运营商阻止客户切换的杠杆。 eSIM技术可能会将运营商服务商品化，以便您可以每天多次转换运营商，具体取决于软件在与运营商达成的协议中的运作方式。但为了维护自己的利益，运营商不会很快采用eSIM。尽管如此，今天安装eSIM的用户希望eSIM有朝一日能成为运营商转换的选择。英飞凌采用40纳米技术制造的eSIM芯片采用尺寸仅为1.5 x 1.1 x 0.37 mm的小型化无引脚封装。
eSIM芯片对物联网行业有很大的希望。物联网行业的巨大承诺是一种微小的板载芯片，当它到达用户的家门口时，可以通过任何运营商激活。同样，eSIM可以实现新的业务模式，让运营商可以更轻松地将服务捆绑到多个设备上。一个运营商包可以支持多个智能设备，并通过无线方式进行配置。
随着2G和3G时代的退出，他们很有可能会完全绝迹，没有人会支持这些落后的蜂窝技术。即使只有一个运营商，也可以使用eSIM进行填充，因为您可能可以在配置文件可用时利用配置文件进行配置。充分利用Particle.io和Link Labs等公司的优势，这些公司提供从设备到云端的各种服务，包括运营商协议，专业服务或用于这些新型LTE IoT技术的DIY模块。 （Particle也是MVNO; Link Labs使用Verizon的网络）。
（完）
