La tecnologia 4G è la quarta generazione di reti cellulari che offre una maggiore velocità di trasmissione dei dati, una minore latenza e un uso più efficace delle frequenze radio. Esistono due rami principali del 4G: LTE (Long Term Evolution) e WiMax. Le reti 4G si basano su schede SIM 4G (Subscriber Identity Module) per collegare il dispositivo. Queste schede memorizzano le informazioni sul servizio cellulare e consentono di accedere alle velocità 4G.
Le 4Greti 4G si basano sullo standard ITU denominato International Mobile Telecommunications-Advanced (IMT-Advanced). Questo standard specifica velocità di picco in download fino a 100 Mbps nei veicoli in rapido movimento e fino a 1 Gbps quando gli utenti sono fermi o camminano, con velocità di picco in upload fino a 50 Mbps. Queste velocità sono nettamente superiori a quelle offerte dalle reti 3G.
Le reti 4G sono state progettate specificamente per gestire un volume maggiore di dispositivi cellulari e per soddisfare le attività Internet ad alta intensità di dati, come lo streaming video ad alta definizione. Per raggiungere questo obiettivo, il 4G ha incorporato tecnologie di telecomunicazione non utilizzate nelle generazioni precedenti.
La tecnologia 4G impiega una combinazione di funzioni e protocolli avanzati per facilitare una comunicazione efficiente tra i dispositivi IoT e l'infrastruttura di rete. Ecco una breve panoramica dei componenti e dei meccanismi chiave coinvolti:
Rete di accesso radio (RAN): La rete di accesso radio funge da intermediario tra i dispositivi IoT e la rete principale. Comprende stazioni base, antenne e altre apparecchiature responsabili della trasmissione e della ricezione di segnali wireless.
LTE (Long Term Evolution): LTE è lo standard principale utilizzato nelle reti 4G, che offre una maggiore velocità di trasmissione dei dati, una migliore efficienza spettrale e una latenza ridotta. I dispositivi IoT dotati di funzionalità LTE possono connettersi senza problemi all'infrastruttura LTE, garantendo una trasmissione dati affidabile e veloce.
Velocità di trasferimento dati di picco. Le reti 4G, secondo gli standard dell'Unione Internazionale delle Telecomunicazioni (ITU), possono fornire velocità di download di picco fino a 100 Mbps nei veicoli in rapido movimento e 1 Gbps quando gli utenti sono fermi o camminano. Ciò consente un'efficiente trasmissione di dati in tempo reale negli scenari IoT.
Riduzione della latenza. Il 4G riduce significativamente la latenza rispetto alle generazioni precedenti. Con latenze di pochi millisecondi, i dispositivi IoT possono scambiare rapidamente i dati con le piattaforme cloud, consentendo tempi di risposta quasi istantanei per le applicazioni critiche.
Capacità di rete. Le reti 4G offrono una migliore capacità di rete, consentendo un maggior numero di dispositivi connessi per unità di superficie. Questa scalabilità è fondamentale per le implementazioni IoT, in cui un gran numero di dispositivi deve connettersi simultaneamente.
LTE-M SIMLTE-M (Long Term Evolution for Machines). LTE-M è una variante del 4G progettata specificamente per le applicazioni IoT. Privilegia l'efficienza energetica, la durata della batteria e la copertura, rendendola adatta ai dispositivi IoT a basso consumo che richiedono un funzionamento a lungo termine senza ricariche frequenti.
LTE-Cat 1 (Categoria Uno). LTE-Cat 1 è un'altra classificazione nell'ambito del 4G che bilancia la velocità dei dati e il consumo energetico. Offre velocità di trasmissione dati più elevate rispetto a LTE-M, pur mantenendo l'efficienza energetica. LTE-Cat 1 è adatto alle applicazioni IoT che richiedono un throughput di dati da moderato a elevato. Le reti LTE Cat-1 offrono elevate capacità di trasmissione dati, tra cui un throughput di streaming dati fino a 10 Mbps.
NB-IoTNB-IoT, o LTE Cat-NB, funziona con velocità di download tipiche di 0,07 Mbps e velocità di upload di 0,03 Mbps. Presenta un tasso di latenza relativamente più elevato, superiore a 1,6 secondi, che lo rende più adatto ad applicazioni che prevedono trasmissioni di dati intermittenti e di piccole dimensioni, dove la latenza non è un fattore critico. NB-IoT eccelle nella densità di connessione, offrendo un supporto a lungo raggio e una forte penetrazione del segnale, che lo rendono adatto all'uso in ambienti interni e a progetti IoT che coprono distanze significative. I casi d'uso più diffusi per NB-IoT includono contatori intelligenti, tecnologia per case intelligenti e sistemi di monitoraggio industriale e agricolo.
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