셀룰러 IoT — CIoT 기술 비교

편집자 주:IoT 장치의 가용성 증가에 대한 요구 사항의 증가는 IoT에 적합한 셀룰러 기술의 출현과 동시에 발생합니다. <엠>. 개발자의 경우 셀룰러 기술 및 IoT에 대한 응용 프로그램에 대한 더 자세한 정보에 대한 필요성이 그 어느 때보다 절실합니다. 셀룰러 사물 인터넷이라는 책에서 발췌한 이 시리즈는 이 분야의 핵심 개념과 기술을 소개합니다.

이전 시리즈에서 저자는 진화하는 셀룰러 환경, IoT에서의 역할, mMTC(대규모 기계 유형 통신) 및 URLLC(매우 안정적인 저지연 통신) 기술에 대해 설명했습니다.

Elsevier는 이 책과 다른 엔지니어링 책을 30% 할인된 가격에 제공합니다. 이 할인을 사용하려면 여기를 클릭하고 결제 시 코드 ENGIN318을 사용하십시오.

Olof Liberg, Marten Sundberg, Eric Wang, Johan Bergman, Joachim Sachs의 Cellular Internet of Things에서 각색.

9장. 경쟁적인 사물 인터넷 기술 환경(계속)

Olof Liberg, Marten Sundberg, Eric Wang, Johan Bergman, Joachim Sachs 작성

9.3 CIoT 기술 선택

9.3.1 CIoT 기술의 비교

다양한 CIoT 기술 EC-GSM-IoT, NB-IoT 및 LTE-M은 3-8장에서 광범위하게 분석되었습니다. 여기서는 성능과 특성을 요약하고 비교합니다. NB-IoT의 경우 이 요약에서는 단순성을 위해 대역 내 및 독립 실행형 배포 옵션만 고려합니다. 보호 대역 작동 모드의 성능은 대역 내 성능과 상당 부분 유사합니다. 보호대역 작동을 포함한 전체 NB-IoT 성능 분석은 8장에서 확인할 수 있습니다.

9.3.1.1 적용 범위 및 데이터 속도

모든 CIoT 기술에 대한 업링크 및 다운링크의 데이터 속도는 서로 다른 결합 손실에 대해 그림 9.7 및 9.8에 요약되어 있습니다. 이러한 모든 기술은 최대 164dB의 결합 손실에서 작동을 가능하게 하는 확장된 적용 범위 기능을 도입했습니다. 이는 오늘날 GSM(Global System for Mobile Communications), UMTS 또는 LTE(Long-Term Evolution) 네트워크에서 볼 수 있는 것과 비교하여 커버리지 범위가 크게 확장된 것입니다. EC-GSM-IoT의 경우 164dB 커플링 손실은 GSM 네트워크에서 일반적이므로 출력 전력이 33dBm인 장치를 기반으로 합니다. 그러나 이는 동일한 업링크 커버리지를 달성하기 위해 NB-IoT 및 LTE-M의 장치 출력 전력에 비해 EC-GSM-IoT의 전체 확장 범위에 10dB 더 높은 장치 출력 전력이 필요함을 의미합니다. 4장, 6장, 8장에서 확장된 커버리지 결과에 대해 자세히 살펴보면 NB-IoT가 164dB MCL에서 EC-GSM-IoT 및 LTE-M보다 낮은 제어 채널 블록 오류율로 작동할 수 있음을 알 수 있습니다. , 극단적인 범위에서 더 강력합니다. LTE-M 및 EC-GSM-IoT는 주파수 호핑을 적용할 수 있으며, 이는 추가된 주파수 다이버시티로 인해 일부 추가 커버리지 견고성을 제공합니다.

더 큰 이미지를 보려면 클릭하십시오.

그림 9.7 업링크에 대한 적용 범위 및 물리 계층 데이터 속도.

더 큰 이미지를 보려면 클릭하십시오.

그림 9.8 다운링크에 대한 적용 범위 및 물리 계층 데이터 속도.

그림 9.7 및 9.8은 물리적 계층 데이터 속도도 제공합니다. 다양한 CIoT 기술에 대한 가치. 순간 최대 물리 계층 데이터 속도 데이터 채널의 달성 가능한 데이터 속도만 지정합니다. 표의 다른 데이터 속도 값은 단일 메시지 전송을 위한 유효 물리 계층 데이터 속도를 나타내며, 여기서 스케줄링 및 제어 신호 대기 시간도 메시지 전송 시간에 고려됩니다. 이 비교에서 반이중 동작이 모든 기술에 사용된다고 가정하지만 LTE-M 장치는 더 높은 데이터 전송률을 달성할 전이중 동작을 지원하여 구현될 수도 있다는 점에 유의해야 합니다. 순간 최대 물리 계층 데이터 속도). 다음 속도는 기지국에 대한 결합 손실이 서로 다른 장치에 대해 제공됩니다. 피크 물리 계층 데이터 속도 기지국에 이상적으로 오류 없이 연결되는 장치에 해당합니다. 144dB 결합 손실에서의 물리 계층 데이터 전송률은 GSM 또는 LTE 무선 셀의 일반 셀 가장자리에 해당하고 154 및 164dB는 GSM의 셀 가장자리에 비해 10 및 20dB 범위 확장에 해당합니다.

알 수 있는 것은 LTE-M이 NB-IoT 또는 EC-GSM-IoT에 비해 업링크 및 다운링크에서 훨씬 더 높은 데이터 속도를 달성할 수 있다는 것입니다. 이것은 특히 무선 셀의 정상적인 범위 내에 있는 장치의 경우입니다. 장치가 확장된 커버리지 영역에 있는 경우 업링크는 장치 출력 전력에 의해 제한되고 모든 CIoT 기술은 필요한 링크 품질을 달성하기 위해 반복을 만듭니다. 164dB 커플링 손실과 같은 극단적인 커버리지 상황에서 다른 기술에 대해 달성 가능한 데이터 속도는 동일한 출력 전력을 사용할 때 매우 유사해집니다. EC-GSM-IoT는 164dB MCL에서 장치의 10dB 더 높은 출력으로 인해 다른 기술보다 더 높은 데이터 속도를 갖습니다. 동일한 LTE 캐리어 내에서 LTE-M은 일반적으로 대역 내 NB-IoT보다 데이터 속도가 더 높습니다.

세 가지 기술 모두 164dB의 MCL에서 160bps를 달성하기 위한 3GPP 요구 사항을 충족합니다.

9.3.1.2 지연 시간

CIoT 기술의 지연 시간은 예외 보고서와 관련하여 평가되었습니다. , 이것은 CIoT 네트워크를 통해 장치에서 전송되는 85바이트 IP 패킷에 포함된 간헐적으로 중요도가 높은 IoT 메시지입니다. LTE-M, NB-IoT 및 EC-GSM-IoT의 모든 기술은 그림 9.9에 표시된 대로 릴리스 13에서 처음 정의된 10초의 3GPP 대기 시간 목표를 충족합니다. 장치가 정상 범위 내에 있을 때 LTE-M이 제공하는 더 높은 데이터 전송률로 인해 LTE-M은 대기 시간을 다소 낮출 수 있습니다. 확장된 적용 범위에서 EC-GSM-IoT는 더 높은 데이터 속도를 제공할 수 있는 더 높은 장치 출력으로 인해 가장 낮은 대기 시간을 제공할 수 있습니다. 독립형 NB-IoT는 다운링크 채널에 사용되는 전력이 더 높기 때문에 대역 내 NB-IoT에 비해 대기 시간이 짧습니다.

더 큰 이미지를 보려면 클릭하십시오.

그림 9.9 예외 보고의 지연 시간

9.3.1.3 배터리 수명

배터리 수명은 5Wh의 공동 용량을 가진 2개의 AA 배터리를 가정하여 모든 CIoT 기술에 대해 분석되었습니다. 세 가지 IoT 기술 모두에 대해 45%-50%의 전력 증폭기 효율이 가정되었습니다.

전반적으로 모든 CIoT 기술은 많은 IoT 서비스에서 흔히 볼 수 있는 메시지 전송 빈도가 낮은 배터리 수명을 절약하는 메커니즘을 적용합니다. 주요 원칙은 장치가 데이터 전송을 위해서만 활성화되고 그렇지 않으면 배터리 절약 절전 상태로 전환된다는 것입니다. 데이터 전송과 관련된 신호 오버헤드를 최소화하는 효율적인 절차가 정의되었습니다. 신호 오버헤드가 에너지 소비의 상당 부분을 차지할 수 있기 때문에 이것은 작은 메시지에 특히 중요합니다.

200바이트 메시지에 대한 일일 보고서의 경우 다양한 CIoT 기술에 대한 배터리 수명이 그림 9.10에 나와 있습니다. IoT 데이터 전송의 다양한 메시지 크기 및 주기에 대한 결과는 표 9.5에 요약되어 있습니다. 전반적으로 모든 기술은 10년의 배터리 수명을 가능하게 하며 경우에 따라 훨씬 더 길어집니다. 긴 배터리 수명에 대한 가장 큰 문제는 장치가 매우 나쁜 커버리지 위치에 있는 경우입니다. 확장 커버리지 모드에서는 매우 낮은 데이터 전송률이 사용되며 데이터 전송에 많은 반복이 적용됩니다. 이 상황에서 장치는 데이터 전송에 더 많은 노력을 기울여야 하므로 배터리를 절약하는 절전 상태에서 휴식할 기회가 줄어듭니다. 따라서 모든 CIoT 기술에 대해 164dB의 MCL에서 배터리 수명이 크게 단축됩니다. 이러한 큰 결합 손실로 인해 장치의 데이터 전송 이벤트가 하루에 한 번과 같이 드물게 발생하는 경우에만 10년의 배터리 수명을 달성할 수 있습니다. 2시간마다 하나의 메시지와 같이 더 빈번한 데이터 전송 이벤트의 경우 164dB의 MCL에서 1-3년의 배터리 수명을 달성할 수 있습니다.

더 큰 이미지를 보려면 클릭하십시오.

그림 9.10 200바이트 메시지에 대한 일일 보고서가 있는 장치의 배터리 수명

더 큰 이미지를 보려면 클릭하십시오.

표 9.5 배터리 수명

세 가지 기술 모두 164dB의 MCL에서 10년 배터리 수명을 달성하기 위한 3GPP 요구 사항을 충족하거나 충족할 가능성을 나타냅니다.