Tout sur la connectivité 4G LTE Cat M

Tour d’horizon sur la connectivité 4G LTE-M (LTE Cat-M1)

Avec le développement de l’Internet des Objets (IoT), de nouveaux besoins sont apparus pour la connexion d’objets et d’appareils, nécessitant des échanges peu fréquents et de petite taille, mais utilisant une alimentation sur batterie et une autonomie de plusieurs années. Ces usages et les technologies y répondant ont été nommés « basse consommation, longue portée » (LPWA pour Low Power Wide Area).

Parmi les solutions cellulaires 4G, la connectivité LTE-M (ou également appelée LTE Cat-M1) a été définie pour apporter un compromis intéressant entre faible consommation, couverture étendue, débit, capacité de fonctionner en mouvement, et coût matériel des modules et objets IoT.

1-Connectivité 4G LTE-M (LTE Cat-M1) : définition

La connectivité LTE-M (appelée également LTE Cat-M1) a été définie en juin 2016 par l’organisme de standardisation des technologies cellulaires, le 3GPP, en même temps que la technologie NB-IoT. LTE-M et NB-IoT complètent le portefeuille des connectivités pour l’IoT, et en particulier des technologies 4G (ou LTE), pour adresser les besoins « basse consommation, longue portée » (LPWA pour Low Power Wide Area).

 

2-Comment fonctionne la connectivité 4G LTE-M ?

Pour mieux répondre aux besoins basse consommation et longue portée, la connectivité LTE-M a été travaillée notamment sur les axes suivants :

  • Par rapport à un module classique 4G, des simplifications matérielles ont été réalisées, pour faire baisser la complexité et coût matériel des modules et donc des objets.
  • De façon à faire baisser la consommation électrique des modules et des objets, des mécanismes d’endormissement ont été définis, avec en particulier le PSM (Power Saving Mode), qui permet de mettre le module en inactivité et le réveiller au moment des communication.
  • Afin d’augmenter la portée de communication (couverture), et pour les usages à l’intérieur des bâtiments ou les sous-sols, des mécanismes de répétition de messages ont été mis en place, avec en particulier l’eDRX (Extended Discontinuous Reception).

Ces mécanismes ont été mis en œuvre tout en préservant des fonctionnements importants de la 4G, pour l’IoT comme pour les usages mobiles : la possibilité d’envoi des SMS, la sécurité liée à la carte SIM, le passage d’une cellule du réseau à une autre (handover) et le roaming pour les usages en mouvement, et transfrontaliers.

3-Les avantages de la connectivité 4G LTE-M

Le compromis défini sur LTE-M permet à cette technologie d’être adaptée, et d’offrir de nombreux avantages pour l’IoT :

  • Un débit pour les données, plus grand que celui des autres connectivités LPWA (LoRa ou NB-IoT) : jusqu’à 2Mbps en mode descendant, et jusqu’à 3.5 Mbps en mode remontant, permettant l’usage de protocoles IP comme MQTT.
  • Une couverture permettant la réception du signal et donc les usages à l’intérieur des bâtiments et en sous-sol, grâce au mécanisme eDRX.
  • Une consommation électrique, même si celle-ci est supérieure à la consommation des modules LoRa ou NB-IoT, permettant les usages sur batterie.

D’autre part, ces dernières années ont vues une réelle maturation de l’écosystème des fournisseurs réseau et d’objets, avec une augmentation très forte des équipements disponibles et utilisant pleinement les fonctions avancées de cette technologie (PSM, eDRX notamment).

Enfin, grâce à des nouvelles évolutions récentes, LTE-M (comme NB-IoT) répondent aux exigences « Massive IoT », permettant aux opérateurs de communiquer avec jusqu’à 1 millions d’objets différents au km2, et des mécanismes ont été définis pour la coexistence de cette technologie avec la 5G : LTE-M est à ce titre une connectivité prévue pour le long terme (future proof).

 

 

4-Cas d’usage de la connectivité 4G LTE-M dans l’IoT

La technologie LTE-M est une connectivité longue portée basse consommation (LPWA), permettant les usages basés sur des objets sur batterie.

S’il est préférable d’utiliser des connectivités encore plus optimisées, comme LoRa et NB-IoT, pour les différents services fixes de la Smart City comme le comptage de l’eau, les capteurs de parking, le suivi de confort dans les bâtiments, … LTE-M est à privilégier dans les situations de mobilités : suivi de biens, suivi de chaîne du froid dans les camions, utilisation de capteurs dans les transports.

Il est à noter également, que même si la fonction voix est prévu par le standard, en réalité celle-ci est peu utilisable en pratique (trop forts temps de latence) : pour les usages nécessitant l’échange de données et la voix (par exemple pour les ascenseurs, la technologie 4G LTE Cat1 est à privilégier.

 

5- Que faut-il retenir sur la connectivité 4G LTE-M ?

La connectivité LTE-M (ou également appelée LTE Cat-M1) apporte un compromis particulièrement intéressant pour l’IoT, entre faible consommation, couverture étendue, débit, capacité de fonctionner en mouvement, et coût matériel des modules et objets IoT.

La disponibilité de ce réseau partout en Europe et dans le monde, et d’objets fiables et optimisés, ainsi que sa coexistence avec la 5G font de LTE-M une technologie mature et future proof : elle peut être utilisée dès maintenant dans les déploiements IoT, et pour de nombreuses années à venir.

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