NB-IoT frente a LTE-M: esto es lo que se cuece sobre el IoT celular
En resumen, NB-IoT es ideal para casos de uso de baja velocidad de datos que no requieren altas frecuencias de actualización (piense en la medición inteligente), mientras que LTE-M es ideal para la movilidad y la voz, ya que admite la tecnología VoLTE para casos de uso como la seguridad inteligente. El alcance y la duración de la batería son comparables en ambos casos.
Gracias a la creciente popularidad de tecnologías de IoT celular como NB-IoT y LTE-M, la Internet de los objetos se encamina por fin hacia un mundo que da prioridad a la tecnología móvil.
También conocidas como LTE Cat-NB1/NB2 y LTE Cat-M1/M2, NB-IoT y LTE-M son tecnologías desarrolladas por la organización mundial de normalización 3GPP. Aquí tienes una tabla que resume todas las tecnologías IoT celulares disponibles hasta la fecha:
¿Le resulta confuso el esquema de nombres?
Eso es porque es confuso.
El hecho de que el 3GPP añada las marcas "5G" y "NR" (New Radio) a su oferta de IoT a partir de la versión 15 de sus especificaciones tampoco ayuda mucho. Por ejemplo, este es un póster reciente que han publicado:
Aunque es interesante, esta lista de características no nos ayudó a tomar una decisión informada sobre qué protocolo IoT celular es mejor para un caso de uso específico, así que decidimos pintar un cuadro más claro en su lugar.
Siga leyendo para obtener información detallada sobre cómo funciona el esquema de nomenclatura del 3GPP y por qué es importante para nuestra comparación en profundidad entre dos de los nombres más importantes en el juego de la IoT celular: NB-IoT frente a LTE-M.
Cómo funciona el sistema de nombres del 3GPP
En los mercados de consumo, 5G es todo lo que los proveedores de redes están delirando para 2020, pero el IoT celular requiere algo más que "solo" un acelerón o un cambio de marca para tener sentido.
Ya que hablamos de redes celulares, es importante entender los fundamentos del esquema de nomenclatura del 3GPP y cómo iteran en sus tecnologías.
Como destaca claramente Ericsson en su "sopa de letras" de IoT celular:
El 3GPP utiliza el concepto de "Releases" para referirse a un conjunto estable de especificaciones que pueden utilizarse para la implementación de características en un momento dado.
Si nos fijamos en el cartel de arriba, podemos ver que actualmente estamos en las primeras etapas de la versión 16, con la versión 17 prevista para junio de 2021.
Conocidos informalmente como NB-IoT y LTE-M, los dos protocolos se lanzaron en 2017 como parte de la versión 13, comenzando como LTE Cat-NB1 y LTE Cat-M1 (donde "Cat" significa categoría, "NB" significa banda estrecha y "M" significa máquina).
Veamos ambos protocolos uno al lado del otro.
NB-IoT frente a LTE-M: una comparación en profundidad
Antes de pasar a la comparación, he aquí una definición rápida de ambos protocolos, junto con sus categorías de primera y segunda generación.
NB-IoT
Remitiéndonos a uno de los comunicados de prensa del 3GPP de febrero de 2016, NB-IoT se define como "una nueva radio añadida a la plataforma LTE, optimizada para el extremo de bajo [ancho de banda] del mercado." En su recapitulación de 2017 Cellular Internet of Things, amplían este concepto destacando algunas características y ventajas clave de NB-IoT:
NB-IoT puede funcionar con un ancho de banda del sistema de tan solo 200 kHz y admite un ancho de banda de canal mínimo de 3,75 kHz. Esto proporciona una flexibilidad del espectro y una capacidad del sistema inigualables, en combinación con cualidades como un funcionamiento energéticamente eficiente y una complejidad de dispositivos ultrabaja.
NB-IoT se creó pensando en sensores estacionarios de bajo consumo.
Con una frecuencia de actualización ligeramente superior a la de protocolos IoT como LoRaWAN, NB-IoT es perfecto para casos de uso en los que la conectividad de datos remota y estacionaria es un requisito (piense en contadores inteligentes para depósitos de combustible, aparcamientos inteligentes, etc.).
La latencia es alta: ~1,5/10 segundos.
Como hay mucha confusión sobre la denominación, es importante señalar que las categorías Cat-NB1/NB2 son bastante escurridizas (navegar por los documentos de publicación del 3GPP es, cuando menos, arduo), pero cruciales para la comprensión de NB-IoT.
He aquí un cuadro en el que se destacan las diferencias entre ambos:
| LTE Cat-NB1 | LTE Cat-NB2 | |
|---|---|---|
| TBS de enlace descendente máximo | 680 bits | 2536 bits |
| Velocidad máxima de bajada de datos | ~26 kbps | ~80/127 kbps |
| TBS de enlace ascendente máximo | 1000 bits | 2536 bits |
| Velocidad máxima de datos de enlace ascendente | ~62 kbps | ~105/159 kbps |
| Posicionamiento | ID de célula | OTDOA, E-CID |
Fuente: Haltian
Hemos simplificado bastante la tabla para no añadir detalles innecesarios. En términos sencillos, LTE Cat-NB2 es una mejora incremental sobre LTE Cat-NB1, que permite un mayor tamaño del bloque de transporte (TBS) y mayores velocidades máximas de datos.
Otra gran mejora de LTE Cat-NB2, especialmente para uso remoto, es la introducción de OTDOA (Diferencia de Tiempo de Llegada Observada) y E-CID (Identificación de Célula Mejorada), que permiten una mayor precisión en la localización.
Pero el cambio más importante y bienvenido es el relativo a la movilidad. Cat-NB2 introduce la reconexión en modo de dispositivo conectado, a diferencia de la reconexión en modo inactivo de Cat-NB1, que no permitía ningún tipo de funcionalidad móvil.
También cabe mencionar que NB-IoT ya está desplegada en muchos países de todo el mundo, con especial concentración en la zona europea:
En Estados Unidos, Verizon llevó la cobertura de red NB-IoT a nivel nacional a "más del 92% de la población estadounidense" allá por mayo de 2019, lo que permite a las empresas elegir entre una variedad de planes de datos para aplicaciones IoT.
LTE-M
LTE-M es la abreviatura de LTE-MTC, donde "MTC" significa Machine Type Communication (comunicación de tipo máquina). A partir de la versión 13 del 3GPP, LTE Cat-M1 pasó a formar parte de la especificación "eMTC" (o comunicación de tipo máquina mejorada), a la que más tarde se uniría su versión más reciente, LTE Cat-M2.
Citando directamente al 3GPP:
Los principales componentes de LTE-M son una serie de categorías de dispositivos de bajo coste (por ejemplo, Cat-M1 y Cat-M2) y dos modos de mejora de la cobertura (es decir, los modos CE A y B). LTE-M se diseñó para reducir la complejidad de los dispositivos y hacer que LTE compitiera con EGPRS en el mercado MTC. Admite comunicación segura, cobertura ubicua y alta capacidad del sistema.
LTE-M ofrece menor latencia y mayor rendimiento en comparación con EC-GSM-IoT, NB-IoT y la mayoría de las demás tecnologías del espacio IoT celular. Por lo tanto, también consume más energía y no se emplea en tantas redes como NB-IoT.
Al igual que las categorías de NB-IoT, también es importante entender la diferencia entre las categorías de LTE-M: Cat-M1 y Cat-M2 (por ahora dejaremos de lado las tecnologías no eMTC como LTE Cat-0/1).
He aquí un rápido resumen de las diferencias entre ambos:
| LTE Cat-M1 | LTE Cat-M2 | |
|---|---|---|
| Anchos de banda de transmisión y recepción | 1,4 MHz | 5 MHz |
| Ancho de banda del canal | 6 PRB | 24 PRB |
| TBS de enlace descendente máximo | 2984 bits | 4008 bits |
| Velocidad máxima de bajada de datos | 1 Mbit/s | ~4Mbit/s |
| TBS de enlace ascendente máximo | 2984 Bits | 6968 bits |
| Velocidad máxima de datos de enlace ascendente | 1 Mbit/s | ~7 Mbit/s |
Fuente: ScienceDirect
Al igual que LTE Cat-NB2, LTE Cat-M2 es una mejora incremental destinada a proporcionar más ancho de banda manteniendo una complejidad relativamente baja.
Con anchos de banda de transferencia/recepción de 5 MHz y cuatro veces más bloques de recursos físicos (PRB), LTE Cat-M2 admite velocidades de datos más altas para una conectividad más rápida.
Por razones de accesibilidad y facilidad de despliegue, LTE-M no ha experimentado ni de lejos el mismo ritmo de crecimiento que NB-IoT en muchos países desarrollados (y se concentra más en el área norteamericana):
Diferencias entre NB-IoT y LTE-M
Sobre la base de las definiciones anteriores y el breve vídeo mostrado más arriba, las diferencias entre NB-IoT y LTE-M pueden recapitularse del siguiente modo:
| NB-IoT | LTE-M | |
|---|---|---|
| Velocidad de datos máxima | <100 kbps | >384 kbps, hasta 1Mbps |
| Latencia | 1.5-10 s | 50-100 ms |
| Consumo de energía | Mejor con velocidades de datos muy bajas | Mejor con velocidades de datos medias y altas |
| Movilidad | No para Cat-NB1, limitado para Cat-NB2 | Sí |
| Voz (VoLTE) | No | Sí |
| Antenas | 1 | 1 |
NB-IoT está optimizado para:
- Conexiones de baja velocidad de datos
- Uso estacionario (con Cat-NB2 que permite una movilidad limitada)
- Coste por dispositivo extremadamente bajo
Por otro lado, LTE-M es genial para:
- Gran ancho de banda
- Movilidad (seguimiento de activos, vehículos, etc.)
- Conectividad de voz mediante tecnología VoLTE
Esto dibuja un panorama en el que NB-IoT es más adecuado para casos de uso industriales y relacionados con infraestructuras de bajo coste, mientras que LTE-M es ideal para clientes empresariales interesados en el transporte y la logística, incluido el seguimiento de la cadena de suministro.
He aquí algunos de los mejores casos de uso de cada protocolo:
| Aplicación | NB-IoT | LTE-M |
|---|---|---|
| Ciudades inteligentes | Aplicaciones estacionarias con bajos requisitos de ancho de banda, como aparcamientos inteligentes, control del ruido y la contaminación, gestión de residuos y control inteligente del tráfico. | Aplicaciones con grandes requisitos de enlace descendente y/o soporte de voz, como alumbrado público, gestión del tráfico, botones de pánico y estaciones SOS con soporte de voz opcional. |
| Agricultura inteligente | Aplicaciones estacionarias con requisitos de ancho de banda bajos, como estaciones meteorológicas, niveles de humedad/temperatura y humedad del suelo y otras aplicaciones medioambientales. | Aplicaciones con grandes requisitos de enlace descendente y/o movilidad, como el riego inteligente, el control de la climatización en establos y el seguimiento de animales vivos. |
| Logística y transporte | Activos semiestacionarios, como equipos de refrigeración comercial (helados, bebidas, etc.) y equipos de logística in situ (estanterías, carros, ascensores y otra maquinaria de almacén). | Aplicaciones de seguimiento personal (coches, bicicletas, mascotas, niños), seguimiento de flotas (especialmente camiones) y activos no estacionarios como equipos logísticos (carga, cajas, palés, etc.). |
| Industria y fabricación | Maquinaria estacionaria con bajas tasas de datos para variables de proceso que afectan indirectamente a la producción o la calidad, seguimiento de activos industriales y control de la energía. | Maquinaria con mayores requisitos de ancho de banda para variables de proceso que afectan directamente a la producción o la calidad, IoT gateways vinculado a PLC para la supervisión de etiquetas, y supervisión de trabajadores. |
Cómo está reaccionando el mercado ante NB-IoT y LTE-M
Desde la versión 13, los operadores de redes han introducido una serie de innovaciones para sus infraestructuras, compatibles tanto con NB-IoT como con LTE-M en algunos casos.
Estas son algunas estadísticas proporcionadas por el informe Global Ecosystem and Market Status de GSA (publicado en abril de 2019 y que probablemente se actualizará pronto):
- 141 operadores están invirtiendo activamente en redes NB-IoT, 90 de las cuales están totalmente desplegadas y listas para su uso comercial.
- En cambio, 60 operadores utilizan redes LTE-M, de las que 34 están totalmente desplegadas y listas para su uso con fines comerciales.
Desde abril de 2018 hasta abril de 2019, 29 países han lanzado redes solo NB-IoT, mientras que 2 países han lanzado redes solo LTE-M. Esto demuestra claramente que NB-IoT es la tecnología líder entre todas las categorías de IoT celular del 3GPP.
Aquí tienes una visualización de los países con redes NB-IoT y LTE-M desplegadas:
Pero la historia no acaba aquí. El informe de la GSA también ofrece cifras reveladoras sobre el factor de forma de los dispositivos y la disponibilidad de chipsets:
- A nivel mundial, hay actualmente 142 dispositivos reconocidos que admiten todas las variantes de NB-IoT, de los cuales 76 solo admiten Cat-NB1 (la primera versión de NB-IoT).
- Del mismo modo, 134 dispositivos son compatibles con LTE-M, 68 de ellos sólo con Cat-M1.
Con 24 conjuntos de chips disponibles comercialmente tanto en NB-IoT como en LTE-M, el panorama del IoT se está diversificando y haciendo más asequible, incluso para los entusiastas.
En términos de factor de forma, el caso de uso de hardware más popular para estos chipsets son los módulos, con los rastreadores de activos y otros tipos de hardware "rezagados" muy por detrás:
Algunos ejemplos de dispositivos compatibles con estos chipsets son:
- Boron LTE de Particle: una placa de desarrollo LTE CAT-M1/NB1 que puede actuar como terminal celular independiente.
- El NL-AT2 de NimbeLink: un dispositivo de seguimiento de activos que aprovecha la conectividad móvil para ofrecer funciones de supervisión de alta gama.
- La Wio LTE de Seeed: una placa diseñada específicamente pensando en el despliegue de IoT celular (tanto Cat-NB1 como Cat-M1).
Con estos datos en mente, y teniendo en cuenta las diferencias de rendimiento entre NB-IoT y LTE-M, decidir qué protocolo utilizar depende enteramente de los proveedores.
Un futuro brillante para NB-IoT y LTE-M
Dejando a un lado los nombres confusos y la marca 5G, el futuro es brillante tanto para NB-IoT como para LTE-M. Las predicciones de Statista muestran que NB-IoT alcanzará más de 750 millones de conexiones en 2023, en competencia directa con la tecnología no celular LoRa.
GSMA, de forma similar a GSA, también informa de que un total de 127 redes comerciales se lanzaron con LTE-M o NB-IoT (con la segunda a la cabeza debido a la facilidad de despliegue), una tendencia que no muestra signos de detenerse.
En un mundo cada vez más conectado, ¿qué opinas de la moda del IoT móvil? Háznoslo saber en los comentarios y no olvides compartir el artículo.