Günümüzde, kentsel bir şehirde yaşayan neredeyse herkes akıllı telefonları aracılığıyla her gün mobil ağları kullanıyor. Mobil veya hücresel ağlar, bizi sadece sevdiklerimizle değil, aynı zamanda Gmail ve Facebook hesaplarımız gibi çeşitli diğer hizmetlerle de bağlıyor. Aynı zamanda, bu Nesnelerin İnterneti (IoT) döneminde giderek daha fazla cihaz bağlanıyor.
Sonuç olarak, aracınız, televizyonunuz, kulaklıklarınız gibi fiziksel cihazların, enerji hatları ve yol sinyalleri gibi diğer cihazlarla birlikte bir hücresel ağa bağlanma talebi artıyor. Bu, Hücresel IoT teknolojisinin arkasındaki itici güçtür.
Hücresel IoT, sensörler gibi fiziksel cihazları, akıllı telefonunuzla aynı teknolojiyi kullanarak internete bağlamakla ilgilidir. Bu fiziksel cihazlar, akıllı telefonlarla aynı mobil ağları kullanarak çalışır, bu da IoT cihazlarını barındırmak için yeni, özel bir ağ oluşturma ihtiyacını ortadan kaldırır.
Farklı Hücresel Ağ Türleri
Ref: Tata Communications
Gördüğünüz gibi, beş farklı hücresel ağ kategorisi bulunmaktadır. Hücresel IoT için iki ana bağlantı türü vardır: LTE-M ve NB-IoT. Her ikisi de düşük güçlü geniş alan ağı (LPWAN) olarak sınıflandırılır. LPWAN, düşük bit hızı ile uzun menzilli iletişim sağlamak için tasarlanmıştır. Mart 2019’da, 100’den fazla operatörün ya NB-IoT ya da LTE-M ağlarını devreye aldığı duyurulmuştur.
Hücresel IoT ağları genellikle LPWAN kategorisindendir çünkü daha geniş bir alan, bu senaryoda daha yüksek hızdan daha avantajlıdır. LPWAN ağları genellikle düşük güç gereksinimleri ile daha geniş alan kapsama alanına sahiptir ve bu da pil ile çalışan cihazların daha uzun süre çalışmasını sağlar. Küçük ve seyrek veri miktarlarını gönderen uygulamalar için en uygun olanıdır.
LPWAN’ın iki varyasyonu vardır: Lisanssız ve Lisanslı. Lisanslı LPWAN genellikle daha yüksek kaliteli bağlantı, daha az parazit ve daha az kopma sunar. Bu makalede ele alınan hücresel ağlar lisanslı LP-Wan’dır.
LTE Cat.M Nedir?
Artan bant genişliğimizi karşılamak için kablosuz ağlar LTE’ye evrim geçiriyor. LTE, daha yüksek hız, bant genişliği ve güvenilirlik sunar. Ancak, çoğu IoT bağlantısı 4G’nin hız seviyesine ihtiyaç duymaz. İşte bu noktada LTE-M devreye giriyor. LTE-M, LTE Cat.M’nin kısaltmasıdır ve 3GPP tarafından geniş bir cihaz ve hizmet yelpazesini (özellikle makineden makineye ve IoT uygulamaları için) etkinleştirmek amacıyla geliştirilmiştir.
LTE CAT-M1’in çok düşük güç gereksinimleri vardır, bu da cihazların sahada daha uzun süre kalabilmesini sağlar. Firmware güncellemeleri veya pil değiştirme için harcanan süreyi sınırlar, insan kaynağı gereksinimlerini azaltır. Ayrıca, cihazlar veri iletmediğinde veya almadığında otomatik olarak etkinleşen yerleşik bir enerji tasarrufu modu vardır.
IoT projeleri için maliyet etkin bir çözümdür çünkü LTE tarafından desteklenir ve IoT bağlantısını desteklemek için herhangi bir ağ altyapısına ihtiyaç duymaz.
LTE-M’nin Farklı Varyasyonları
LTE Cat.M’nin farklı versiyonları vardır. Farklı kategoriler arasındaki farkı anlamak iyi olacaktır. Birkaç LTE-M kategorisi vardır, ancak iki ana kategori LTE Cat.M ve Cat.M2’dir. Aralarındaki ana fark veri hızıdır.
Veri Hızı: LTE Cat.M, yarı çift yönlü modda 375kb/s’ye kadar uplink ve downlink hızlarını destekleyebilir. Bu, düşük ila orta veri hızı gereksinimi olan birçok IoT uygulaması için uygundur. LTE Cat.M2, indirme için 24 Mb/s ve yükleme için 2.6Mb/s’ye kadar veri akışını artırarak video gözetimi gibi uygulamalar için daha çok yönlü olmasını sağlar. Bu hız, uzaktan hava yoluyla firmware güncellemelerini de daha hızlı hale getirir.
Bu makalede, daha yaygın ve popüler olduğu için LTE Cat.M’ye odaklanacağız.
NB-IoT Nedir?
LTE CAT-M1’e benzer şekilde, Dar Bant Nesnelerin İnterneti (NB-IoT), aynı zamanda LTE CAT NB1 olarak da bilinir, geniş bir IoT cihaz ve hizmet yelpazesini etkinleştirmek için geliştirilmiştir. Çoğu diğer seçeneğin aksine (LTE Cat.M dahil), verileri ana sunucuya göndermeden önce toplamak için geçitlere ihtiyaç yoktur. Bunun yerine, NB-IoT cihazları doğrudan baz istasyonuna bağlıdır, bu da maliyetleri azaltır.
NB-IoT, LTE standardında çalışır, ancak tek bir 200kHz dar bant ile sınırlı bant genişliğine sahiptir. Bu nedenle, NB-IoT cihazları, kullanılan daha basit dalga formları nedeniyle LTE Cat.M’den çok daha az enerji tüketir. Ancak, bu aynı zamanda NB-IoT cihazlarının LTE Cat.M kadar fazla veri gönderememesi ve diğer hücresel cihazlarla birlikte çalışamaması anlamına gelir. NB-IoT, LTE Cat.M ile benzer enerji tasarrufu yeteneklerine de sahiptir.
Farklı Varyasyonlar
LTE-M gibi, farklı varyasyonlar vardır: LTE Cat-NB1 ve LTE Cat-NB2.
Veri Hızı: LTE Cat-NB1’in maksimum indirme hızı 680 bit ve yükleme hızı 1000 bit iken, LTE Cat-NB2’nin maksimum indirme ve yükleme hızı 2536 bit’tir.
Uzaktan Kullanım: LTE Cat-NB2, daha yüksek konum doğruluğu sağlamak için OTDOA (Gözlemlenen Zaman Farkı) ve E-CID (Gelişmiş Hücre Kimliği) sunar.
LTE Cat-NB2 ayrıca, Cat-NB1’de yalnızca boşta modda olmasına karşın, cihaz bağlı modda yeniden bağlantı sağlar.
Bu makalede, daha yaygın ve popüler olduğu için yalnızca LTE Cat-NB1’e odaklanacağız.
O halde LTE Cat.M mi yoksa NB-IoT mu seçmeliyim?
Hem LTE Cat.M hem de NB-IoT’nin avantajları ve dezavantajları vardır. İhtiyaçlarınızı net bir şekilde belirlemek ve ardından gereksinimlerinize en uygun olanı seçmek önemlidir.
Özellikler
| Ağ | LTE Cat.M | NB-IoT |
| Bant Genişliği | 1.4Mhz | 200kHz |
| Gecikme | 10ms – 15ms | 1.6s – 10s |
| Duplex Modu | Tam Duplex, Yarı Duplex | Yarı Duplex |
| Enerji Tasarrufu Yeteneği | Evet | Evet |
| Mobilite | Evet | Hayır |
Kapsama Alanı
Hem LTE Cat.M hem de NB-IoT geniş kapsama alanına sahiptir. Ancak, NB-IoT, LTE Cat.M gibi LTE teknolojilerinin yedi katı menzil sunar. Bu, daha basit dalga formlarından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, NB-IoT, daha iyi engel penetrasyonu sağladığı için kapalı alanlarda daha iyi performans gösterir. Bu, NB-IoT’yi yer altına veya sinyalin zayıf olduğu diğer ulaşılması zor alanlara sensör yerleştiren IoT projeleri için ideal bir seçim haline getirir.
Coğrafi Gereksinimler
Farklı coğrafi konumlar, farklı ağlar için daha iyi sinyallere ve desteklere sahiptir. Örneğin, ABD’de ülke esasen LTE radyo sistemleri tarafından yönlendirilmektedir. NB-IoT’ya kıyasla LTE Cat.M’yi dağıtmak daha iyi olacaktır.
Asya ülkelerinde, daha fazla şirket NB-IoT ağını benimsemekte ve yönlendirmektedir, örneğin Huawei. Asya ülkelerinde NB-IoT cihazlarını dağıtmak, LTE Cat.M’ye kıyasla daha iyi olacaktır.
Benzer şekilde, LTE Cat.M, Asya, Afrika ve Doğu Avrupa’nın bazı bölgelerinde LTE’ye kıyasla hala daha yaygın olan 3G bağlantısının bulunduğu yerlerde dağıtımı zor olacaktır.
Kullanım Karmaşıklığı
Belirtildiği gibi, IoT cihazlarınızın nasıl uygulandığı, hangi ağı seçeceğinizi belirlemede büyük bir faktör olacaktır.
Projeniz gerçek zamanlı yüksek hızlı bağlantı gerektiriyorsa, LTE Cat.M daha düşük gecikme süresi ve daha yüksek bant genişliği nedeniyle daha iyi olacaktır. Projeniz, hareket halindeki bir soğutucu kamyonun soğutucusunun sıcaklığını izlemek gibi aktif bir mobil bağlantı gerektiriyorsa, LTE Cat.M mobilite yeteneği nedeniyle de daha ideal olacaktır.
LTE Cat.M ağı, akıllı telefon gibi bir hücre kulesinden diğerine kesintisiz geçiş yapabilir. NB-IoT ağı, sabit bir konumdan hareket ederken bağlantının kesilmesine veya sinyal kaybına neden olabilir.
Maliyet
LTE Cat.M, daha çok yönlü olmasına rağmen, NB-IoT’den daha pahalı olacaktır. Bu nedenle, NB-IoT gereksinimlerinizi karşılıyorsa, LTE Cat.M yerine NB-IoT kullanmak daha mantıklı olacaktır.
Sonuç
LTE-M, ağ ile daha sık etkileşim gerektiren daha karmaşık cihazlar için tasarlanmıştır. NB-IoT, küçük cihazlardan çok küçük paketlerin nadiren taşınması için tasarlanmıştır. Her ikisi de özellikler açısından çok benzer olup maliyetleri de benzer seviyelerde olduğundan, LTE Cat.M ile NB-IoT arasında seçim yaparken dikkat edilmesi gereken ana faktörler şunlardır:
- Gerekli kapsama alanı
- Dağıtımın coğrafi konumu
- Gerekli bant genişliği ve bağlantı hızı
- Mobilite gereksinimleri
- Maliyet.
Hücresel IoT’nin Gerçek Dünya Uygulamaları
LTE Cat.M ve NB-IoT ağlarının birçok mevcut uygulaması vardır. İşte bazı örnekler.
Altyapı Ölçümü (NB-IoT)
Ref: T&D World
Elektrik ve su kullanımı, IoT uygulamaları ile ölçülmektedir. Altyapı ölçüm verileri, hücresel IoT aracılığıyla çeşitli departmanlara gönderilecektir. Bu, altyapı ölçümünde birkaç sorunu çözmektedir.
Geleneksel sayaçların kontrolü ve bakımı için iş gücü maliyetleri büyük ölçüde azalacaktır. Hücresel IoT uygulaması ile sayaçlarla ilgili sorunlar, çeşitli yönetim ekiplerine otomatik olarak bildirilebilir. Ayrıca, altyapı kullanımını raporlama konusunda insan hatası olasılıklarını ortadan kaldıracaktır.
Bazı sayaçlar, özellikle eski binalarda, erişimi zor alanlarda bulunmaktadır. Bu, okumaların alınmasında gecikmelere ve verimsizliklere neden olacaktır. Bu uygulama ile okumaların manuel olarak alınmasına gerek kalmayacak, süreç daha verimli hale gelecektir.
Filoya yönetimi (LTE Cat.M)
Ref: PYMNTS
Filolar, hücresel IoT aracılığıyla uzaktan izlenebilir ve yönetilebilir. Kamyonlar veya rotalarla ilgili potansiyel sorunlar, verimliliği artırmak için gerçekleşmeden önce tespit edilebilir. Bu tür bir uygulama ile genel bakım maliyetleri azaltılabilir.
IoT uygulamaları aracılığıyla elde edilen filo kullanım verileri, işletmelerin araçları tam olarak kullanarak operasyonları verimli bir şekilde optimize etmelerine ve getirileri maksimize etmelerine olanak tanır.
Sürücülerin kullanım verileri de elde edilebilir, bu da potansiyel araç aşınma ve yıpranmasını tespit etmeye yardımcı olur. Bu, filo bakımında ortaya çıkan gizli maliyetleri azaltabilir.
Akıllı Lojistik (LTE Cat.M ve NB-IoT)
Ref: SourceToday
Hücresel IoT, depo operasyonlarının lojistik yolculuğunun her aşamasında malların gerçek zamanlı görünürlüğünü ve durumunu kazanmasını sağlayacaktır. Soğuk gıda ve ilaç gibi mallar için sıcaklık, nem ve konum gerçek zamanlı olarak rapor edilecektir, bu da kalite güvencesini sağlamaya yardımcı olur. Malların tedarik zinciri boyunca nerede olduğu hakkında tam bir görünüm ile hırsızlık, kaybolma ve yetkisiz bölgesel satış olasılığı azalacaktır.
Geleneksel lojistik çözümleri, büyük miktarda enerji tüketen ve kısa bir pil ömrüne sahip olan GPS + LTE teknolojisini kullanarak malları izler. LTE Cat.M ve NB-IoT ile daha düşük enerji tüketimi sayesinde, pil ile çalışan izleme cihazları daha uzun süre dayanabilir, bu da masrafları azaltır.
Gelecekteki Önemi
LTE Cat.M ve NB-IoT’nin benzersiz işlevselliği nedeniyle, geleceğe yönelik olarak kabul edilmektedir ve 5G teknolojileri olarak görülmektedir. 5G NR ile verimli bir şekilde bir arada var olabilecekleri ve hücresel IoT için gelecekteki gereksinimleri uzun bir süre karşılayabilecekleri iddia edilmektedir.
Kapsamlı IoT hedefi göz önünde bulundurulduğunda, LTE Cat.M ve NB-IoT, işletmelerin gelecekte 5G teknolojisi ile IoT bağlantısını işlevlerine entegre etmeleri için sürekli bir giriş noktası olacaktır.
DIY Hücresel IoT için Çözümler
IoT projelerinize hücresel bağlantı eklemek istiyorsanız endişelenmeyin. İşte bazı çözümler.
Wio LTE US Versiyonu v1.3 – 4G, Cat.1, GNSS
Bu Wio izleyici, daha hızlı IoT GPS çözümleri sağlayan açık kaynaklı bir geçittir. Arduino ve Grove ile uyumludur.
- LTE (4G) iletişimini destekler
- 4 farklı GNSS’i destekler – GPS, Beidou, GLONSS ve Galileo. Ayrıca QZSS’yi de destekler
- Önceki versiyondan 5 kat daha hızlı olan STM32 MCU ile donatılmıştır
- 1Mbyte flaş ve 192+4k bayt
- Önceki versiyonlardan kolay güncellemeler sağlayan taşınabilir ve genişletilebilir AT komut kütüphanesi
Bu, cihazların hücresel ağa bağlanarak bağlı cihazların gerçek zamanlı konumunu sağladığı açık hava projeleri için uygundur.
SenseCAP Sensör Hub 4G Veri Kaydedici
Bu, kolayca dağıtılabilen, endüstriyel sınıf, 4G hücresel sensör hub’ıdır. Sensörlerle iletişim kurmak için Modbus-RTU RS485 protokolünü kullanır. Uzaktan iletişim için 4G ile gelir.
- 32 RS485 sensörüne kadar bağlanabilir
- Endüstriyel sınıf yapım kalitesi – sağlam ve kararlı
- IP66 dereceli – su geçirmez ve toz geçirmez
- 2G/3G/4G iletişimini ve LTE’yi destekler
- Yerleşik şarj edilebilir pil
Bu SenseCAP Sensör Hub, akıllı şehir, tarım ve çevresel izleme çözümleri için kullanılır.
Dragino NB-IoT Shield-B5
Bu, Arduino için NB-IoT bağlantısını sağlamak üzere bir genişletme kartıdır.
- 850Mhz NB-IoT bantlarını destekler
- Düşük enerji tüketimi
- Geniş kapsama alanı
- AT komut kontrolleri
- 3.3v ve 5v Arduino’yu destekler
- Tüm popüler Arduinolar ile uyumludur
Özet
LTE Cat.M ve NB-IoT, tasarlandıkları alanda iyi performans gösterir. Geleceğe yönelik olmaları, uzun vadeli çözümler için çok uygun hale getirir. Şu anda birçok uygulama için oldukça iyi bir şekilde uygulanmaktadır.