何时为物联网设备使用 LTE Cat M

2021-06-03

何时为物联网设备使用 LTE Cat M

什么是猫 ？

LTE Cat M（也称为LTE-M）是一种低功耗广域 (LPWA) 技术，旨在通过蜂窝技术支持“大规模物联网”，即数千亿 (!) 的物联网设备。Cat M 主要是指 Cat M1，因为 Cat M2 的采用还需要几年时间。 

LTE 无线电技术使用“类别”来区分连接到 LTE 网络的每个设备的功能。例如，Cat 1 是指可以支持高达 10 Mbps 的下载速度的设备，而 Cat 4 是指可以使用载波聚合并支持高达 150 Mbps 的下载速度的设备。Cat M1 是指在 1.4 MHz 窄信道上运行的一类设备，观察到的下载速度在 589 Kbps 范围内，上行链路上的下载速度为 1.1 Mbps（3GPP 第 14 版）。较旧的 Cat M 模块的速度更低（300 Kbps 下行链路/375 Kbps 上行链路）。 

Cat M 的主要优点

Cat M 对移动网络运营商 (MNO) 和物联网建设者都有重要的好处。 

MNO 的主要好处是 Cat M 设备在更小的频段 (1.4 MHz) 上运行。这允许他们将更多设备打包到每个蜂窝站点的可用频谱中。与有源常规 LTE 设备相比，典型的 LTE 蜂窝站点可以支持 10 倍的有源 Cat M 设备。

物联网制造商的主要好处是 Cat M 调制解调器使用更少的功率，使功率受限的设备能够使用具有高级节能功能的小电池运行数月或数年。Cat M 调制解调器在冷启动时的启动速度也比 Cat 1 调制解调器更快，从而缩短了连接时间。另一个关键优势是 Cat M 调制解调器的成本往往低于常规 LTE 调制解调器，这有助于降低硬件成本。   

Cat M 节能功能

Cat M 提供多项省电功能，允许物联网设备在低功耗模式下运行并延长电池寿命。 

省电模式 (PSM)

PSM 功能允许物联网设备长时间休眠而不会被网络寻呼唤醒。典型的蜂窝设备在两种模式之间主动转换 - IDLE 和 ACTIVE。当设备不发送/接收流量时，它会进入空闲状态，这会对电池寿命产生积极影响。假设有 IP 数据包需要传送到设备和设备的网络页面。设备必须响应该页面并转换到 ACTIVE 模式才能接收流量。这会对功率受限的物联网设备产生影响。PSM 允许这些物联网设备与网络协商延长睡眠时间（数小时或数天），并避免在该睡眠周期内被寻呼。如果在睡眠期间有任何流量到达设备， 

扩展不连续接收 (eDRX)

eDRX 是 Cat M 功能，允许设备长时间休眠并以固定时间间隔（也称为 eDRX 周期）唤醒以发送和接收流量。启用 eDRX 的设备需要与网络协商 eDRX 周期，以避免在这些睡眠期间被网络寻呼。eDRX 允许设备使用例如 10.24 秒的寻呼周期，而不是常规LTE 设备使用的 1.28 秒的寻呼周期。

PSM 和 eDRX 是互补的，都可以由 Cat M 设备使用。eDRX 可帮助设备延长睡眠时间，以固定时间间隔唤醒，并且通常会减少设备与网络之间的“闲聊”。PSM 可帮助设备延长睡眠时间——数小时或数天。

根据用例，您可能只需要使用 eDRX、PSM 或两者。请注意，并非所有 Cat M 网络都支持 eDRX 和 PSM，但如今大多数网络都支持。我们预计情况会不断改善，随着更多网络开启这两个关键功能以启用功率受限的设备。 

Cat M 网络约束

虽然 Cat M 为功率受限的物联网设备提供了巨大的机会，但也存在一些缺点。 

Cat M 提供低带宽。尽管 Cat M 支持大约 1 Mbps 的峰值上行速度，但我们的测试表明典型速度约为 300 Kbps。

Cat M 支持尚未在世界范围内广泛提供。还有许多国家尚未推出 Cat M 网络。在可预见的未来，M 类覆盖是常规 LTE 覆盖的一个子集。 

在拥塞的情况下，使用 Cat M 的设备可能会被推离网络（被抢占）。当蜂窝站点拥塞时，网络可能会强制那些已连接很长时间的 Cat M 设备断开连接并在稍后重新连接。

Cat M 用例

现在应该已经很清楚了，Cat M 最适合功率受限且与应用程序云交换少量流量的物联网设备。用例包括资产跟踪（例如废物管理）、智能仪表（通常是任何定期报告温度、空气质量等读数的传感器）和智能灌溉。

一般来说，任何使用小型电池（无法轻松更换或充电）运行的设备都可以从使用 Cat M 中受益匪浅。 

LTE Cat 1 与 Cat M

如果您的 IoT 用例涉及在您的设备和应用程序云之间保持“永远在线”的连接，那么 LTE Cat 1（或 Cat 3/4）调制解调器更适合您的设备。在“永远在线”模式下，您的设备不会进入睡眠状态，您没有利用 Cat M 提供的任何省电功能，但同时面临着低带宽连接和当您连接的本地蜂窝站点拥塞时，被迫断开连接。

常规 LTE 覆盖远优于 Cat M 覆盖。有些国家/地区不提供 Cat M，即使可用，也并非该国家/地区的所有移动网络运营都支持 Cat M。因此，当您将 Cat M 用于 IoT 设备时，它会自动转化为与可用连接提供商相关的选项更少。

如果您的设备经常向/从网络传输大量数据，则常规 LTE 调制解调器可能是比 Cat M 调制解调器更好的选择。Cat M 连接提供的低带宽意味着设备必须保持在线更长时间才能传输大文件。

如果您使用的是 PPP（点对点协议），则某些 Cat M 低功耗模式不受支持。当使用 PPP 时，这些调制解调器会阻止进入低功率模式。