Trong cuộc cách mạng Internet kết nối mọi vật (Internet of Things IoT), chỉ có hai công nghệ chính dùng kết nối các thiết bị với Internet trong các giải pháp Thông minh như lưới điện thông minh, giao thông thông minh. Đó là Công nghệ mạng diện rộng năng lượng thấp băng tần hẹp IoT (NB-IoT) và công nghệ LoRaWAN.
NB-IoT được thiết kế dùng kết nối thiết bị với khoảng cách xa với điện toán đám mây sử dụng hạ tầng mạng di động, tương thích hoàn toàn với mạng di động 4G LTE. LoRaWAN được thiết kế dùng mạng không dây băng tần GigaHezt không cần cấp phép kết nối mạng không dây diện rộng công suất thấp (LPWAN) giữa cảm biến, bộ tập trung với ứng dụng trên máy chủ đám mây. Dưới đây chúng ta sẽ so sánh các công nghệ này để có giải pháp phù hợp lựa chọn sử dụng khi kết nối IoT.
I. So sánh công nghệ
1. Nền tảng hỗ trợ:
- LoRaWAN được hỗ trợ bởi LoRa Alliance, hiệp hội phi lợi nhuận mở với hơn 500 thành viên. Các thành viên hợp tác chặt chẽ và chia sẻ kinh nghiệm để thúc đẩy giao thức LoRaWAN thành giao thức truyền thông tiêu chuẩn toàn cầu an toàn, chất lượng IoT LPWAN.
- NB-IoT được hỗ trợ bởi 3GPP và GSMA, hai hiệp hội tiêu chuẩn viễn thông có mục tiêu chung là thúc đẩy các thiết bị và mạng di động.
2. Tần số sử dụng
LoRaWAN được tối ưu hóa cho các ứng dụng tiêu thụ năng lượng cực thấp và khoảng cách xa. No dùng phổ tần 1 GHz ISM không cần cấp phép, miễn phí truy cập cho cả nhà khai thác mạng và nhà sản xuất thiết bị.
NB-IoT dùng chung phổ dành cho mạng di động vì giấy phép sử dụng tần số có giá rất cao và bị giới hạn.
3. Triển khai
Theo Liên minh LoRa, 83 nhà khai thác mạng ở 49 quốc gia đang sử dụng LoRaWAN. GSMA tuyên bố 40 quốc gia dự kiến sẽ triển khai mạng NB-IoT trong tương lai gần.
Mạng LoRaWAN triển khai rất linh hoạt. Có thể dùng mạng công cộng, mạng riêng, mạng lai ghép, trong nhà hoặc ngoài trời. Tín hiệu LoRaWAN phủ sóng lên đến 48 km ở khu vực nông thông.
NB-IoT sử dụng cơ sở hạ tầng di động LTE. Có nghĩa chỉ dùng cho các mạng công cộng sử dụng chung hạ tầng enode 4G / LTE. Các trạm gốc không được đặt bên ngoài trạm phát sóng LTE.
4. Giao thức
LoRaWAN cho phép dữ liệu được gửi không đồng bộ, nghĩa là dữ liệu chỉ được gửi khi cần thiết. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ pin của các thiết bị cảm biến tới 10 năm, chi phí thay thế pin thấp. LoRaWAN có độ trễ truyền dữ liệu cao.
NB-IoT duy trì kết nối đồng bộ với mạng di động bất kể có dữ liệu để gửi hay không. Điều này tiêu thụ thời lượng pin đáng kể cho các thiết bị cảm biến, dẫn đến chi phí thay thế pin cao. NB-IoT có độ trễ truyền dữ liệu thấp.
5. Công suất phát
LoRaWAN tiêu thụ 18 mA ở mức phát 10 dBm và 84 mA ở mức phát 20 dBm. Sự khác biệt trong điều chế cho phép LoRaWAN hỗ trợ bởi pin có chi phí rất thấp, bao gồm cả pin cúc áo. Lora có khoảng phủ sóng từ 11-16 km, phù hợp với địa hình nông thôn.
Cảm biến NB-IoT tiêu thụ ~ 220 mA ở 23 dBm và 100 mA ở 13 dBm, có nghĩa là tiêu thụ nhiều năng lượng hơn để hoạt động và cần thay pin thường xuyên hơn hoặc pin lớn hơn. NB-IoT có khoảng phủ sóng 17-20 km, phù hợp với địa hình thành phố đông dân cư.
6. Công suất thu
LoRaWAN có chi phí cảm biến thấp và tuổi thọ pin dài hơn cho các cảm biến từ xa. Dòng điện thu ~ 5 mA có nghĩa là ở trạng thái thu LoRaWAN tiêu thụ công suất thấp hơn 3-5 lần.
NB-IoT vận hành chế độ thu tiêu thụ ~ 40 mA. Giao tiếp giữa mạng di động và thiết bị tiêu thụ trung bình trên 110 mA, kéo dài hàng chục giây mỗi lần. Tuổi thọ pin đối với thiết bị khoảng từ 3, 5 hoặc 10 năm hoạt động.
7. Tốc độ truyền dữ liệu
LoRaWAN có tốc độ dữ liệu thấp từ 50 ~ 293 bps. Giao thức LoRaWAN điều chỉnh tốc độ truyền dữ liệu linh hoạt theo khoảng cách của cảm biến đến bộ tập trung, do đó tối ưu hóa thời gian phát sóng của tín hiệu và giảm xung đột.
NB-IoT truyền tốc độ dữ liệu cao hơn gấp 10 lần LoRa ~ 250 kbps và phù hợp hơn cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao hơn (trên 50 kbps), tiêu thụ năng lượng cao hơn.
8. Định vị
LoRaWAN hỗ trợ các cảm biến dịch chuyển và do theo chúng khi chuyển từ vùng này sang vùng khác. Việc này thực hiện không cần GPS và độ chính xác thích hợp cho nhiều ứng dụng. LoraWAN cần có gateway, nó định vị không cần GPS, kết nối thiết bị dùng phổ tần số không giấy phép. Nó hoạt động tốt ngay cả khi thiết bị dịch chuyển nên thích hợp cho ngành vận tải như xe tải, tàu ....
NB-IoT không cần có gateway, dựa trên vùng phủ sóng 4G, sử dụng băng tần LTE còn dư, hoạt động độc lập. NB-IoT chipset thiết kế hoạt động tốt hơn cho các ứng dụng trong nhà và khu đông thị đông dân cư.
II. Lựa chọn công nghệ sử dụng
Tuỳ theo ứng dụng mà ta sẽ chọn công nghệ sử dụng cho thích hợp. Các yếu tố được đánh giá khi lựa chọn công nghệ bao gồm: độ trễ tín hiệu, thời gian sử dụng pin, vùng phủ sóng và chi phí.
Đo Thông minh
Bao gồm Các ứng dụng Đo đếm điện Tiên tiến (AMR) cho lưới điện thông minh, Đo đồng hồ nước, đồng hồ ga, đo cảm biến độ ô nhiễm môi trường ... LoraWan phù hợp hơn đặc biệt do các thiết bị đo không thường xuyên truyền dữ liệu đo mà thường chỉ một ngày một lần. LoraWan có vùng phủ sóng rộng đặc biệt phù hợp với môi trường nông thông, chỉ cần sử dụng gateway có chi phí thấp để triển khai, nhất là với các nhà cung cấp dịch vụ không có hạ tầng mạng di động. Trng khi đó NB-IoT lại phù hợp với môi trường đô thị do khả năng đâm xuyên của sóng qua vật cản, dùng cho các thiết bị đo có nhu cầu trao đổi thông tin thường xuyên hơn.
Lĩnh vực sản xuất, nhà máy thông minh
Trong lĩnh vực tự động hoá công nghiệp cả hai công nghệ LoraWan và NB-IoT đều sử dụng phù hợp. NB-IoT thích hợp với ứng dụng tự động hoá yêu cầu trao đổi thông tin thường xuyên hơn, yêu cầu chất lượng đường truyền tốt hơn do có QoS. Trong khi đó LoraWan dùng cho các cảm biến có chi phí thấp và thời gian sử dụng pin lâu hơn.
Lĩnh vực bán lẻ, máy POS
NB-IoT thích hợp hơn cả. Lĩnh vực bán lẻ dữ liệu giao dịch không đoán trước được, tăng nhanh rất nhiều và phải đáp ứng ngay phục vụ khách hàng, nên NB-IoT thíc hợp do có độ trễ tín hiệu thấp. Khi sử dụng công nghệ LoraWan các cửa hàng bán lẻ sẽ mất khách hàng do độ trễ tín hiệu công nghệ LoraWan.
Vận tải, Cung ứng
Với lĩnh vực vận tải cung ứng thì công nghệ thích hợp nhất là LoraWAN, bởi vì công nghệ hỗ trợ thiết bị dịch chuyển và định vị. Khi hàng hoá được vận tải hoặc lưu trữ thì không cần phải truyền nhiều dữ liệu và thiết bị đầu cuối LoraWan với tốc độ truyền thấp, thời gian sử dụng pin lâu rất phù hợp. LoraWAN lại còn thích hợp hơn với các kho hàng được đặt ở vùng ngoại ô.
Thành phố Thông minh. Toà nhà Thông minh
Lora phù hợp do dễ dàng triển khai thêm gateway trong toà nhà. Với các toà nhà yêu cầu truyền dữ liệu nhanh, nhiều và yêu cầu an toàn cao thì NB-IoT thích hợp hơn, ưu điểm pin sử dụng lâu của Lora không còn nữa do các toà nhà đều có nguồn điện riêng. NB-IoT cũng thích hợp hơn với mạng thành phố thông minh để kết nối hàng trăm toà nhà với nhau, trong khi đó LoraWan phù hợp với việc kết nối bên trong một toà nhà.
Nông nghiệp thông minh
LoraWAN rất phù hợp để phủ sóng trên các cánh đồng rộng, và không cần phải có trạm 4G đi kèm. LoraWAN thích hợp thu thập các dữ liệu nông nghiệp như lượng nước sử dụng, độ pH của đất, nhiệt độ độ ẩm .... mà các dữ liệu này không biến động quá nhiều. Chi phí các bộ cảm biến thấp rất phù hợp cho nông dân.
Kết luận
Không có sư phân biệt rõ ràng công nghệ nào ưu điểm hơn giữa NB-IoT và LoraWAN, nó còn phụ thuộc vào việc ứng dụng. Mỗi công nghệ thích hợp cho một ứng dụng riêng. Dự kiến các thiết bị kết nối Internet sẽ tăng lên nhanh chóng lên đến 50 tỷ thiết bị vào cuối năm 2020.