Analiza porównawcza LoRa i NB-IoT, kto jest lepszy
Technologie LPWAN, takie jak LoRa, zapewniają wsparcie na poziomie komunikacji dla rozwoju Internetu Rzeczy. Obecnie krajowy przemysł LPWAN w Chinach jest podzielony głównie na dwa obozy. NB-IOT jest coraz bliżej biznesu na dużą skalę, podczas gdy LoRa rozkwita wszędzie. W przypadku aplikacji należy wziąć pod uwagę wiele czynników, takich jak koszt węzła, koszt sieci, żywotność baterii, szybkość przesyłania danych (przepustowość), opóźnienia, mobilność, zasięg sieci i typ wdrożenia. Można powiedzieć, że żadna pojedyncza technologia nie jest w stanie zaspokoić wszystkich potrzeb IoT. Technologie NB-IoT i LoRa mają różne parametry techniczne i komercyjne, więc będą różne scenariusze zastosowań. Różnica między nimi zostanie wyjaśniona tutaj, a odpowiednie scenariusze zastosowania każdego z nich zostaną wyjaśnione.
Obecnie, z punktu widzenia rozwoju przemysłu, powstał kompletny łańcuch przemysłowy składający się z siedmiu ogniw: chipów, modułów, terminali, urządzeń komunikacyjnych, platform, operatorów i aplikacji. Redaktor zebrał kawałek NB-IoT i LoRa w Wykresie porównawczym koncentracji rynkowej każdego łącza, przyjrzyjmy się różnicy między nimi z tej perspektywy.
Pasma częstotliwości, jakość usług i koszt
LoRa działa w nielicencjonowanym paśmie częstotliwości poniżej 1GHz, więc nie ma dodatkowej opłaty za aplikację. NB-IoT i komunikacja komórkowa wykorzystują licencjonowane pasma częstotliwości poniżej 1 GHz. Pasmo częstotliwości od 500 MHz do 1 GHz jest optymalnym wyborem dla komunikacji na duże odległości, ponieważ rzeczywisty rozmiar i wydajność anteny są dość korzystne.
LoRaWAN wykorzystuje bezpłatne, nielicencjonowane pasma częstotliwości i jest asynchronicznym protokołem komunikacyjnym, który jest najlepszym wyborem dla zasilania bateryjnego i niskich kosztów. Protokoły LoRa i LoRaWAN mają unikalne właściwości w zakresie obsługi zakłóceń, nakładania się sieci, skalowalności itp., ale nie zapewniają takiej samej jakości usług (QoS) jak protokoły komórkowe. Poinformowano, że aukcja autoryzowanego pasma częstotliwości sub-GHz wynosi ponad 500 milionów dolarów za MHz. Sieci komórkowe i NB-IoT nie oferują takiej samej żywotności baterii jak LoRa ze względu na problemy z jakością usług (QoS). Ze względu na QoS i opłaty za korzystanie z wysokich częstotliwości, sieci komórkowe i NB-IoT są zalecane w scenariuszach aplikacji, które wymagają zapewnienia QoS. LoRa to dobry wybór, jeśli preferowany jest niski koszt i duża liczba połączeń, jak pokazano na poniższym rysunku.
Żywotność baterii i opóźnienie łącza w dół
Koncepcja projektowania sieci komórkowej polega na optymalnym wykorzystaniu pasma częstotliwości, co odpowiednio obniża koszt węzła i żywotność baterii. Wręcz przeciwnie, węzły LoRaWAN są tworzone z myślą o niskich kosztach i długim czasie pracy na bateriach, a także występują pewne braki w wykorzystaniu pasma częstotliwości.
Należy wziąć pod uwagę dwa ważne czynniki, jeśli chodzi o żywotność baterii, pobór prądu przez węzeł (prąd szczytowy i średni) oraz zawartość protokołu. LoRaWAN to asynchroniczny protokół oparty na ALOHA, co oznacza, że węzły mogą spać długo lub krótko w zależności od potrzeb konkretnych scenariuszy aplikacji, podczas gdy węzły protokołów synchronicznych, takich jak telefonia komórkowa, muszą być regularnie połączone w sieć. Na przykład telefony komórkowe dostępne na rynku muszą teraz synchronizować się z siecią co 1,5 sekundy podczas pracy. W NB-IoT synchronizacja ta staje się rzadsza, ale nadal występuje regularnie, co powoduje dodatkowe zużycie baterii.
Modulacja w sieciach komórkowych jest skutecznym sposobem pełnego wykorzystania pasm częstotliwości, ale nie jest wydajna z punktu widzenia węzła. Modulacja komórkowa (OFDM lub FDMA) wymaga liniowego nadajnika do generowania modulowanego sygnału, a liniowy nadajnik wymaga o rząd wielkości większego prądu szczytowego niż modulacja nieliniowa, a wyższe prądy szczytowe zużywają więcej energii z akumulatora.
Jednak protokół komunikacji synchronicznej ma zalety w postaci krótszych opóźnień w łączu w dół, podczas gdy NB-IoT może zapewnić szybkie szybkości przesyłania danych w zastosowaniach wymagających dużej przepustowości danych. Natomiast klasa B LoRaWAN skraca opóźnienie komunikacji w łączu w dół poprzez okresowe (zaprogramowane) wybudzanie terminala w celu odbierania komunikatów w łączu w dół.
Dlatego NB-IoT może być lepszym wyborem w przypadku aplikacji wymagających częstej komunikacji, krótkich opóźnień lub dużej ilości danych, a także w scenariuszach, które wymagają niższych kosztów, dłuższego czasu pracy baterii i rzadkiej komunikacji. Powiedzmy, że LoRa jest lepsze.
Zasięg sieci i harmonogram wdrożenia
Podstawowym wymogiem działania węzła jest zasięg sieci. Oczywistą zaletą NB-IoT jest to, że wdrożenie sieci można zapewnić poprzez modernizację istniejących obiektów sieciowych, ale ta aktualizacja jest ograniczona do określonych stacji bazowych 4G/LTE i wyższych kosztów. Ta aktualizacja jest odpowiednia tylko dla obszarów miejskich, które już mają zasięg 4G/LTE, i nie jest odpowiednia dla obszarów oddalonych lub podmiejskich bez zasięgu 4G.
Cały łańcuch branżowy LoRa jest stosunkowo dojrzały, a produkty są również w stanie „gotowym do użycia”. Jednocześnie wiele krajów na całym świecie jest w trakcie lub zakończyło wdrażanie sieci ogólnokrajowych. Istotną zaletą łańcucha branżowego LoRa jest to, że członkowie każdego łącza mają autonomię, a niektóre duże firmy planują stworzenie hybrydowego modelu biznesowego do wdrażania sieci i aplikacji. Jednak łańcuch branżowy NB-IoT będzie ograniczony przez pasma częstotliwości i operatorów.
Koszty sprzętu, koszty sieci i modele hybrydowe
W przypadku węzłów końcowych protokół LoRaWAN jest prostszy niż NB-IoT, łatwiejszy do opracowania oraz bardziej odpowiedni i kompatybilny z mikroprocesorami. Mechanizm modulacji i protokół NB-IoT są bardziej złożone, co wymaga bardziej złożonych obwodów i większych kosztów. Jednocześnie NB-IoT jest opodatkowany jak 3GPP. Na tym etapie podatek od telefonu komórkowego wynosi około 5 USD, ale jest to zbyt drogie dla urządzeń IoT, a pochopne obniżenie podatku spowoduje zamieszanie cenowe na rynku komunikacji mobilnej, takiej jak telefony komórkowe. Dlatego też dużym problemem jest to, jak organizacja 3GPP waży kwestie podatkowe związane z Internetem Rzeczy i komunikacją mobilną.
Na rynku można już znaleźć niedrogie, stosunkowo dojrzałe moduły LoRa, a ich ulepszone wersje będą dostępne. LoRa Alliance nie ma zbyt wielu ograniczeń dotyczących praw autorskich i podatków, dzięki czemu moduł poniżej 4 USD w łańcuchu branżowym LoRa jest bardzo imponujący. Cena modułów LoRa na dzisiejszym rynku wynosi generalnie 7-10 dolarów amerykańskich, ale wraz z rozwojem technologii 4-5 dolarów amerykańskich nie jest dużym problemem. A teraz moduł LTE jest trudny do zdobycia za mniej niż 20 USD.
W porównaniu z tradycyjną siecią „żelaznej wieży”, wdrożenie IoT i LPWAN wymaga użycia różnych modeli w celu zmniejszenia wydatków i kosztów operacyjnych. Wdrożenie LoRaWAN jest tańsze, ponieważ można to zrobić przy użyciu tradycyjnych wież komórkowych, przemysłowych stacji bazowych, a nawet przenośnych bram domowych. Na tym etapie cena stacji bazowej typu tower wynosi około 1 USD000, cena przemysłowej stacji bazowej to mniej niż 500 USD, a cena bramy domowej to tylko około 100 USD. Jednak w przypadku NB-IoT cena modernizacji istniejących stacji bazowych 4G LTE jest ostrożnie szacowana na nie mniej niż 15 USD 000 każda.