لورا مقابل NB إنترنت الأشياء: What’s a Better Communication Technology Option?

على مدى السنوات الماضية, ظهرت تقنيات مختلفة لإنترنت الأشياء العالمي واحدة تلو الأخرى, وخاصة في مجال الشبكات واسعة النطاق ذات الطاقة المنخفضة. تهيمن تقنيات NB-IoT وLoRa على سوق LPWAN, التي تدعم الاتصال عبر الصناعات وتخلق خدمات مبتكرة مثل القياس الذكي للغاز والمياه مواقف ذكية. غالبا ما تتم مقارنة التقنيتين, والمناقشات حول أيهما أفضل للتنمية مستمرة. تحاول هذه المقالة معرفة كيف يمكن للشركات الاختيار بين التقنيتين لبناء إنترنت الأشياء.

الاتجاهات والإحصاءات: لورا, NB-IoT وLPWAN

على الرغم من النقص في الشرائح ووباء فيروس كورونا, شهد سوق LPWAN العالمي نموًا كبيرًا في السنوات الأخيرة. ومن المتوقع أن السوق يصل $46 مليار بواسطة 2022 (حتى من ما يزيد قليلا $500 مليون في 2015). في الحقيقة, أصبحت LPWAN نقطة ساخنة منذ ذلك الحين 2016, مع أربع تقنيات, لورا, إنترنت الأشياء (NB-IoT)., سيجفوكس وLTE-M, المحاسبة لأكثر من 96% من حصة السوق. اكثر تحديدا, تمتلك NB-IoT الحصة الرائدة مع 47%, تليها LoRa تلتقط أكثر من 36% الحصة السوقية.

لقد كانت منطقة آسيا والمحيط الهادئ مسرحًا كبيرًا لتقنيات شبكات LPWAN, وتعد الصين سوقًا مهمًا للتبني المبكر لـ LoRa وNB-IoT وتطويرهما. أحد عوامل النجاح الرئيسية لـ LoRa وNB-IoT هو الدعم المقدم من النظام البيئي القوي لموردي إنترنت الأشياء الرائدين مثل Amazon, هواوي, كوالكوم, وسيسكو. يمنح كل من كبار المشغلين وعمالقة المعدات العملاء خيارات أوسع. سيكون من المثير للاهتمام معرفة نوع الدعم الذي ستقدمه LoRa وNB-IoT عندما يتعلق الأمر بنشر إنترنت الأشياء.

مقدمة موجزة عن LoRa وNB-IoT

NB-IoT وLoRa, باعتبارها اثنين من تقنيات الاتصالات LPWAN الواعدة, com بخصائص تقنية وتجارية مختلفة. تم تصميم هاتين التقنيتين بتغطية واسعة, انخفاض استهلاك الطاقة, تكلفة منخفضة, اتصالات متعددة, وسرعة منخفضة. كلاهما مثالي لتطبيقات إنترنت الأشياء منخفضة الطاقة ويلعبان دورًا نشطًا في توسيع أنظمتهما البيئية. قبل الخوض في المقارنة, let’s take a quick look at the two protocols.

ما هو لورا

لورا (طويلة المدى) يشير إلى نظام إرسال لاسلكي لمسافات طويلة جدًا يعتمد على تقنية الطيف المنتشر, ويتم اعتماده والترويج له من قبل شركة Semtech الأمريكية. يوفر نقلًا آمنًا للبيانات في اتجاهين, ويتيح الاتصال بعيد المدى مع شبكات إنترنت الأشياء لعدة سنوات دون استبدال البطارية. يمكنه إرسال واستقبال الإشارات حتى 10 على بعد أميال, وإذا لزم الأمر, يمكن تمديد نطاقات الاتصال إلى مئات الأميال من خلال استخدام أجهزة إعادة الإرسال.

بالمناسبة, يتساءل الكثير من الناس عن الفرق بين LoRa وLoRaWAN. على الرغم من أنها غالبا ما يتم ذكرها بشكل مترادف, ويشير المصطلحان إلى أشياء مختلفة تماما. خاصة, LoRaWAN هو معيار بروتوكول LPWAN الذي يعمل في بيئة تقنية LoRa. LoRa نفسها هي طريقة تعديل للاتصال عبر إنترنت الأشياء.

ما هو NB-IoT

إنترنت الأشياء (NB-IoT). (إنترنت الأشياء ضيق النطاق) هو معيار تقني تحدده منظمة التقييس 3GPP لدعم مجموعة واسعة من الأجهزة والخدمات الخلوية. تم تنفيذ المواصفات في إصدار 3GPP 13 (LTE المتقدم للمحترفين) فى يونيو 2016. ويركز بشكل رئيسي على التغطية الداخلية, انخفاض استهلاك الطاقة, تكلفة منخفضة, وكثافة اتصال عالية. تتمتع شبكة NB-IoT بمعايير شبكة من فئة الناقل ويمكنها توفير جودة أفضل لخدمة الإشارة, الأمن والمصادقة, من بين أمور أخرى.

لورا مقابل NB-IoT: مقارنة كل ميزة على حدة

إذا قمت بالبحث عبر الإنترنت, هناك الكثير من الأجزاء والأجزاء من المعلومات حول الاختلافات بين LoRa وNB-IoT. حتى أن ABI Research قدم تقريرًا رائعًا حول المقارنة بين التقنيتين. سيعرض لك القسم التالي مقارنة تفصيلية بين LoRa وNB-IoT, وسنفصلهم عن أوجه التشابه والاختلاف بينهم.

أوجه التشابه بين LoRa وNB-IoT

• تنتمي جميعها إلى التكنولوجيا الجديدة لاتصالات إنترنت الأشياء

تم إطلاق NB-IoT بشكل مشترك بين شركتي Huawei وChina Mobile في عام 2018 2016 وتسويقها في 2017.

أطلقت شركة Lora Technology رسميًا تحالف LoRa في 2016 بواسطة Semtech وZTE في الولايات المتحدة, وقد تم الترويج لها وتطويرها بشكل مستمر في الصين.

• دعم التغطية على نطاق واسع

تتوفر اتصالات بعيدة المدى لـ LoRa وNB-IoT لتحقيق تغطية واسعة.

• دعم انخفاض استهلاك الطاقة

يدعم كل من NB-IoT وLoRa الاستهلاك المنخفض للطاقة, مع استهلاك الطاقة الاحتياطية أقل من 10uA. وكلاهما يدعم طاقة البطارية وعادةً ما يكون لهما عمر تشغيلي يصل إلى سنوات.

الاختلافات بين LoRa وNB-IoT

• الشبكات

يعتمد NB-IoT على الشبكات الخلوية لشبكات الهاتف المحمول, بينما تعتمد LoRa على بوابة LoRa. يمكن للأجهزة الطرفية لـ NB-IoT الاتصال بالسحابة والتواصل معها مباشرةً. تحتاج العقد النهائية لـ LoRa إلى نقل البيانات إلى البوابة أولاً, ومن ثم ستتواصل البوابة مع النظام الأساسي السحابي.

نسبيا, تعد شبكة NB-IoT أكثر ملاءمة.

• نطاق التردد

تعمل LoRa في نطاق ISM المجاني غير المرخص, لكنه يختلف من بلد إلى آخر ومن منطقة إلى أخرى. يكرس تحالف LoRa نفسه لتعزيز بروتوكول LoRaWAN الموحد عالميًا, تمكين الأجهزة التي تتوافق مع مواصفات LoRaWAN من التوصيل البيني.

يستخدم NB-IoT نطاق تردد مرخص ويمكن نشره في 3 طرق: قائمة بذاتها, فرقة الحرس, وداخل الفرقة. يستخدم معظم المشغلين في جميع أنحاء العالم 900 ميغاهيرتز لـ NB-IoT, مع نشر البعض في 800 ميغاهيرتز. ينتمي NB-IoT إلى نطاق التردد المرخص, أيّ, مثل 2G/3G/4G, هو نطاق تردد مخطط خصيصًا مع تداخل قليل نسبيًا. علاوة على ذلك, يمكن دمجه مع المحطات الأساسية للشبكة الخلوية الموجودة.

The cost of band licensing is not cheap these days – more than $500 لكل ميغاهيرتز.

• مسافة الإرسال

التغطية طويلة المدى هي ما يشترك فيه كل من LoRa وNB-IoT, لكن أداء NB-IoT أفضل مع تغطية ممتدة تصل إلى 18 – 20 كم, وهو أعلى من 12 – 15 كم بدعم من لورا.

حقيقة مثيرة للاهتمام جديرة بالملاحظة, لكن, هو أن NB-IoT يعمل بشكل جيد في المدن, ولكن أدائها متوسط ​​في الضواحي أو المناطق الريفية (في أي مكان دون تغطية خلوية قوية). تظل تغطية LoRa في جميع المناطق مستقرة نسبيًا لأنها لا تعتمد على البيانات الخلوية أو شبكة WiFi.

• أداء البطارية

أداء LoRaWAN أفضل في هذا الصدد. نظرًا لأن NB-IoT يعمل في الطيف الخلوي المرخص, يجب أن تتم مزامنة الأجهزة مع الشبكة بشكل دوري ومتكرر, والذي بدوره يستهلك الطاقة. لكن, ليست هناك حاجة إلى مثل هذا التزامن للشبكة في بنية LoRa المستندة إلى ALOHA.

The LoRa end application can precisely determine the ‘sleep’ time of the device, بحيث يمكن الحفاظ على طاقة البطارية بسهولة. The linear transmitter of NB-IoT requires several orders of magnitude more ‘peak current’ than LoRa with nonlinear modulation, مما يضع ضغطًا إضافيًا على البطارية.

• معدل نقل البيانات

يمكن أن يصل معدل بيانات اتصالات B-IoT نظريًا إلى 160 كيلوبت في الثانية - 250 كيلوبت في الثانية, بينما يبلغ معدل اتصال Lora حوالي 0.3-50 كيلوبت في الثانية. في هذا الصدد, يمكن لـ NB-IoT إخراج LoRa من اللعبة.

إن معدلات البيانات المرتفعة لـ NB-IoT تجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب إنتاجية أسرع للبيانات.

• عدد العقد المدعومة

نظريا, يمكن لمحطة قاعدة NB-IoT واحدة أن تدعم 200,000 العقد, بينما يدعم LoRaWAN أكثر من 60,000.

• يكلف

بغض النظر عن مدى قوة بروتوكولات LPWAN, تعتبر تكلفة التشغيل عاملاً حاسماً يجب مراعاته, خلاف ذلك, ومن غير المرجح أن تكون حلول إنترنت الأشياء قابلة للتطبيق. تتمتع LoRa بميزة هنا. التكلفة الإجمالية لوحدات LoRaWAN حوالي $8 – $10, وهو ما يعادل حوالي نصف سعر وحدات NB-IoT.

كلما زاد تعقيد نشر شبكة NB-IoT, كلما ارتفعت التكلفة المتعلقة بالملكية الفكرية (من حيث الطيف المرخص), وبالتالي زيادة التكلفة الإجمالية لإنترنت الأشياء ذات الحزمة الضيقة (NB-IoT).. تعتبر ترقية NB-IoT إلى محطات قاعدة 4G/5G/LTE المتقدمة أكثر تكلفة من نشر LoRa عبر بوابات الأبراج الصناعية. من المتوقع أن تشهد تكلفة تقنية LoRa مزيدًا من الانخفاض مع نضوج السوق.

• القدرة على الشبكة الخاصة

لقد نضج سوق تقنية LoRaWAN تدريجيًا واكتسب شعبية واسعة في الشبكات العامة. It has been deployed across the world to build ‘smart cities’. على الرغم من أن NB-IoT تحظى بقبول كبير في المجال العام, إنه غير قابل للتطبيق مثل LoRa في الشبكات الخاصة للمؤسسات.

علاوة على ذلك, يمكن للشركات الكبيرة الاستفادة من LoRa لإنشاء نماذج إنترنت الأشياء الهجينة لبناء مرافق ذكية, وفي نفس الوقت, يمكنهم استخدام الشبكات العامة لمعالجة المعلومات والأنشطة خارج الجهاز. لاحظ أن NB-IoT متاح فقط في وضع الشبكة العامة.

مخطط مقارنة بين NB-IoT وLoRa

	لورا	إنترنت الأشياء (NB-IoT).
سنة التطوير	2015	2017
نطاق التردد	طيف غير مرخص	نطاقات التردد المرخصة
تغطية الإرسال	12 - 15 كم	18 - 20 كم
عدد العقد المدعومة	60,000	200,000
معدل نقل البيانات	انخفاض معدل نقل البيانات	ارتفاع معدل نقل البيانات (10x LoRa’s rates)
أداء البطارية	عمر أطول للبطارية	عمر بطارية أقصر
يكلف	انخفاض التكلفة لكل جهاز (ولكن البوابة المطلوبة)	تكلفة أعلى لكل جهاز (ولكن لا توجد بوابة مطلوبة)
القدرة على الشبكة الخاصة	نعم	لا

حالات استخدام مختلفة لـ LoRa وNB IoT

عندما يتعلق الأمر بالتطبيق, تحافظ NB-IoT وLoRa على علاقة تنافسية وتكاملية. في مجالات مثل القياس الذكي حيث يمكنك اعتماد كل من LoRa وNB-IoT, إنهم منافسون. تعد شبكة NB-IoT أكثر ملاءمة للمحطات الطرفية ذات مجموعة واسعة من الأنشطة, وتعد تقنية LoRa مثالية للمناطق الواقعة تحت الأرض والنائية حيث تكون شبكة NB-IoT غير مستقرة.

تطبيقات NB-IoT

• تقاسم الدراجات: توزيع واسع وكثافة وحدة منخفضة, مما يجعلها مناسبة لشبكات المشغلين.
• قياس ذكي: عدادات المياه, عدادات الكهرباء, عدادات الغاز, إلخ. هناك متطلبات منخفضة لتكرار الاستحواذ وتوافر الشبكة, والمحطات الأساسية المبنية ذاتيًا غير قابلة للاعتبار.
• ذكية يمكن ارتداؤها: يتم توزيع الأجهزة الطرفية في المنطقة الحضرية بأكملها, وهو مثالي لشبكات المشغلين.
• الخدمات اللوجستية الذكية: محطات تحديد المواقع تتحرك عبر المناطق, والتكرار الفاصل للتحميل ليس مرتفعا.
• مراقبة شبكة المياه/الأنابيب: توزيع واسع وكثافة وحدة صغيرة.
• مواقف ذكية: يتم إحداث تغيير المجال المغناطيسي عن طريق المجال المغناطيسي الأرضي لتحديد أماكن وقوف المركبات.

تطبيقات لورا

• قياس ذكي: لدى المستخدمين متطلبات عالية بشأن تكرار التجميع, تحليل البيانات وتوافر الشبكة.
• الكشف الذكي عن مواقف السيارات: متطلبات معينة في تردد التجميع وعمر الأجهزة الطرفية.
• من الضواحى: مثل التعدين, صناعات الاستخلاص, والصناعات الثقيلة.
• مناطق مغلقة: المستخدمين في الجامعات, الحدائق, والمباني ترغب في بناء شبكات خاصة لإدارة التطبيقات والمرافق الخاصة بها.
• نقل البيانات الصناعية: قوية مضادة للتدخل, مطلوب مسافة نقل طويلة ونقل البيانات مستقرة.

LoRa or NB IoT – Competitors or Complementary?

قد تجد أن العديد من المقالات التقنية تقارن بين تقنيات LoRa وNB-IoT كما لو أنهما يتقاتلان حول من يهيمن على سوق إنترنت الأشياء. في الحقيقة, باعتبارهما تقنيتين ناشئتين, تم تصميم معايير LoRa وNB-IoT لتعزيز كفاءة الطاقة, الأمن وقابلية التشغيل البيني لأجهزة إنترنت الأشياء. إجمالي, كل واحد منهم لديه نقاط القوة والضعف الخاصة به لتلبية احتياجات مجموعات المستخدمين المستهدفة المختلفة. يعتمد اختيار التكنولوجيا على احتياجات المستخدمين, وينبغي اختياره بشكل معقول وفقًا لمشروعك الفعلي.

لا يزال كل من NB-IoT وLoRa في مرحلة مبكرة من التطوير ويتطلبان الاستثمار والجهود المشتركة من جميع الأطراف. عندما يصبح التنفيذ على نطاق واسع ممكنا, ومن الطبيعي أن تنخفض تكلفة نشر NB-IoT وLoRa بشكل أكبر. في هذه الموجة الجديدة من تطوير إنترنت الأشياء, يجب أن يكون تنفيذ المشروع أولوية من أجل الحصول على المزايا التنافسية. يعد ابتكار المنتجات أمرًا ضروريًا لـ LoRa وNB-IoT, وينبغي التركيز بشكل كبير على الابتكار في تطبيقات المشاريع. It’s hard to say who will win the match, بعد كل ذلك, كل شيء ممكن.