LoRaWAN và NB-IoT: So sánh giữa các giao thức thúc đẩy xu hướng IoT
28/04/2021
LoRaWAN là một giao thức IoT công suất thấp bao gồm công nghệ vô tuyến LoRa, cho phép triển khai mạng mở, đáng tin cậy và tiết kiệm. Ngược lại, NB-IoT là công nghệ vô tuyến LTE được cấp phép cung cấp độ trễ thấp và bảo mật mạnh mẽ với mức giá cao hơn.
Cả hai tiêu chuẩn LoRaWAN và NB-IoT đều là một phần của loại công nghệ lớn hơn được gọi là LPWAN (Mạng diện rộng công suất thấp). So với các giao thức khác như Sigfox và NB-Fi, các tiêu chuẩn giao tiếp này đang phát triển rất nhanh và có tác động trong việc thiết lập xu hướng cho những gì sắp có trong IoT.
Theo Statista, LoRaWAN và NB-IoT dự kiến sẽ chiếm khoảng 85,5% tổng số kết nối LPWAN vào năm 2023. Điều này được thể hiện rõ ràng trong biểu đồ bên dưới:
Sự trùng lặp giữa hai tiêu chuẩn này là tương đối rõ ràng, nhưng vẫn có những câu hỏi như:
Điều gì làm cho hai công nghệ này trở nên hấp dẫn so với các giao thức khác? LoRaWAN và NB-IoT có đi theo cùng một thị trường không? Hay chúng được định sẵn để phân chia thành các trường hợp sử dụng khác nhau?
Mặc dù chúng thuộc cùng một danh mục, nhưng cách thức phát triển của hai công nghệ này là khác nhau.
LoRaWAN là một giao thức mở do liên minh LoRa cung cấp, sử dụng phổ không cần giấy phép, cho phép hầu hết mọi người thiết lập mạng của riêng họ với chi phí thấp.
NB-IoT là một giao thức được cấp phép từ tổ chức tiêu chuẩn 3GPP được cung cấp thông qua phổ tần RF được cấp phép, làm cho nó chỉ khả dụng thông qua các nhà khai thác mạng di động đã thành lập.
Tóm lại, giao thức nào là tốt nhất cho tổ chức của bạn? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết này nhé.
LoRaWAN và NB-IoT: Cái nhìn tổng quan
Trước khi chúng ta đi vào so sánh, đây là bản cập nhật nhanh thông tin về cả hai giao thức:
LoRaWAN
Theo định nghĩa từ liên minh LoRa, đặc điểm kỹ thuật LoRaWAN là một giao thức mạng "Công suất thấp, diện rộng (LPWA) được thiết kế để kết nối không dây “những thứ” hoạt động bằng pin với mạng internet trong các mạng khu vực, quốc gia hoặc toàn cầu với mục tiêu cho các ứng dụng Internet of Things ( IoT) yêu cầu giao tiếp hai chiều, bảo mật đầu cuối, dịch vụ di động và bản địa hóa."
Đặc điểm kỹ thuật này bao gồm công nghệ LoRa (Long Range), là một kỹ thuật điều chế trải phổ có nguồn gốc từ Chirp Spread Spectrum (CSS).
Công nghệ này được cấp bằng sáng chế từ một công ty có tên Semtech, công ty này gián tiếp thu một khoản phí nhỏ trên mỗi chipset LoRa trong các cảm biến và cổng kết nối được cung cấp như các giải pháp có sẵn cho những người đam mê IoT và các doanh nghiệp.
NB-IoT
3GPP không cung cấp định nghĩa chính thức cho giao thức NB-IoT (Narrowband Internet of Things), còn được gọi là LTE CAT NB1. Nhắc lại một trong những thông cáo báo chí của họ từ tháng 2 năm 2016, NB-IoT được định nghĩa là "một dải sóng radio mới được thêm vào nền tảng LTE, được tối ưu hóa cho phần cuối [băng thông] thấp của thị trường."
NB-IoT được tạo ra đặc biệt với các cảm biến tĩnh điện năng lượng thấp. Đối với mỗi thiết bị được triển khai trong mạng, giao thức này cung cấp các vùng phủ sóng rộng với khả năng thâm nhập sâu trong môi trường trong nhà.
Không giống như LoRaWAN, đây là một giao thức được cấp phép đòi hỏi chi phí tốn kém hơn trong dài hạn nhưng cung cấp trải nghiệm tổng thể tốt hơn cho người dùng cuối.
Một điều cần lưu ý là các thiết bị NB-IoT đang nhanh chóng chuyển sang sử dụng SIM nhúng (eSIM). Theo một nghiên cứu của McKinsey & Company, eSIM sẽ "cho phép các nhà sản xuất sản phẩm IoT xây dựng các thiết bị có sim 'trống' có thể được kích hoạt ở các quốc gia đến để kết nối thiết bị hợp lý hơn."
Để tìm hiểu thêm về eSIM và tương lai của IoT di động, hãy xem bài thuyết trình từ Giám đốc sản phẩm của Particle, ông William Hart.
LoRaWAN và NB-IoT: So sánh công nghệ
ABI Research đã thực hiện một công việc tuyệt vời khi so sánh hai công nghệ. Trong bảng dưới đây, bạn có đầy đủ các thông số công nghệ cho cả LoRaWAN và NB-IoT:
Có một số điểm nổi bật như sau:
- LoRaWAN tiêu thụ ít điện năng hơn so với NB-IoT, làm cho nó trở thành một giải pháp khả thi hơn cho các dự án yêu cầu tốc độ làm mới cao hơn.
- Vì tiêu thụ ít năng lượng hơn, LoRaWAN cũng cung cấp thời lượng pin lâu hơn so với NB-IoT (15+ năm so với 10+ năm).
- Khi nói đến băng thông và vùng phủ sóng, mọi thứ bắt đầu chồng chéo lên nhau.
- Thông lượng dữ liệu cao nhất cho NB-IoT là 60 Kbps, cao hơn một chút so với LoRaWAN.
- NB-IoT là một giải pháp an toàn hơn do mã hóa 256-bit 3GPP (so với AES 128-bit cho LoRaWAN).
- Độ trễ trên NB-IoT thường thấp hơn LoRaWAN. Như được hiển thị trên bảng, độ trễ trên LoRaWAN phụ thuộc vào loại thiết bị được sử dụng và phân loại của nó.
- Cả hai tiêu chuẩn đều hỗ trợ định vị địa lý ở cùng một mức độ.
Như được thể hiện trong so sánh này từ ABI Research, cả hai giao thức đều có ưu và nhược điểm.
Sự khác biệt lớn nhất giữa cả hai là về hiệu quả chi phí. Các giải pháp LoRaWAN có thể đạt được chi phí vận hành thấp hơn so với NB-IoT do sử dụng phổ tần không cần cấp phép và do mức tiêu thụ điện năng thấp hơn (do đó, kéo dài tuổi thọ pin và giảm chi phí bảo dưỡng).
Ở dòng điện cực đại 32 mA – chỉ bẳng một phần tư mức tiêu thụ của NB-IoT - các thiết bị LoRaWAN có thời gian sử dụng pin dài hơn, đặc biệt là trong các ứng dụng có tốc độ làm mới cao.
Khả năng tự triển khai của LoRaWAN và sự trưởng thành của hệ sinh thái chipset, gateway và dịch vụ đám mây khiến nó trở nên hoàn toàn phù hợp cho các tổ chức yêu cầu toàn quyền sở hữu cơ sở hạ tầng của họ, có thể là trong khuôn viên doanh nghiệp, tòa nhà thông minh hoặc khu vực nông nghiệp.
Ngược lại, NB-IoT phù hợp hơn với các ứng dụng IoT thương mại và người tiêu dùng yêu cầu kết nối ở quy mô khu vực hoặc thậm chí toàn cầu.
LoRaWAN và NB-IoT: So sánh về trường hợp sử dụng
Mặc dù có một số không gian để sử dụng bổ sung, nhưng không chắc tất cả các tổ chức sẽ chọn sử dụng cả LoRaWAN và NB-IoT chủ yếu do hạn chế về ngân sách.
Các giao thức này mang lại giá trị khi được áp dụng cho các trường hợp sử dụng cụ thể cho các dự án kinh doanh hiện tại hoặc mới. Hãy xem xét 3 thông tin cốt lõi chi tiết hơn và tại sao chúng lại quan trọng đối với từng trường hợp sử dụng:
1/ Năng lượng tiêu thụ
Như thể hiện trong bảng trên (Nguồn: AMIHO Technology), LoRaWAN tiêu thụ ít điện năng hơn đáng kể so với NB-IoT.
Điều đáng chú ý là mặc dù điều này làm tăng tuổi thọ pin cho các giao thức trước đây, nhưng cả hai giao thức đều cung cấp tuổi thọ dài hơn nhiều so với các đối thủ cạnh tranh.
Câu hỏi thực sự ở đây không phải là pin của thiết bị sẽ dùng được bao lâu trong quá trình kiểm tra trong phòng thí nghiệm; nó nói nhiều hơn về tốc độ làm mới sẽ cao như thế nào trong một kịch bản trong thế giới thực.
Vì dòng điện sử dụng trong chế độ ngủ sâu của cả hai giao thức hầu như bằng không, sự khác biệt thực sự sẽ được nhận thấy khi các thiết bị đạt dòng điện cực đại trong thời gian dài.
Điều này có nghĩa là các thiết bị hỗ trợ LoRa hoàn toàn phù hợp cho các ứng dụng nhà thông minh và tòa nhà thông minh, cũng như lĩnh vực tiện ích mà thời lượng pin dài là chìa khóa.
Hiệu quả sử dụng pin của LoRaWAN cũng là một giải pháp lý tưởng cho các thiết bị phát hiện khói, khóa thông minh, cửa ra vào, đèn chiếu sáng trong nhà và hệ thống đo lường của các công ty.
2/ Tính di động
Vì các thiết bị LoRaWAN đăng ký với máy chủ mạng (không phải với gateway), nên thiết bị có thể di chuyển giữa các gateway.
Tính di động của LoRaWAN chính thức được hỗ trợ trong phiên bản lớp A (xem video ngắn này để tìm hiểu thêm về các lớp LoRaWAN), nhưng các thiết bị LoRa di chuyển giữa các cổng vẫn có nguy cơ cao đi vào điểm chết.
Mặt khác, IoT băng hẹp không được thiết kế để sử dụng một cách di động. Việc kết hợp giữa thiết bị NB-IoT và trạm sóng di động chỉ được thực hiện một lần và mặc dù bạn có thể buộc thiết bị quét lại và đăng ký vào mạng mới, điều này sẽ đòi hỏi nhiều năng lượng hơn, trong trường hợp đó bạn sẽ tốt hơn tắt bằng cách sử dụng người anh em của NB-IoT - LTE-M.
Mặc dù nó không được xây dựng với tính di động cao, thực tế là hầu hết các chipset bao gồm cả LTE-M và NB-IoT radio đã thúc đẩy một số nhà sản xuất thiết bị IoT giới thiệu thiết bị theo dõi GPS và thiết bị đeo sử dụng NB-IoT ra thị trường.
Nếu bạn vẫn chưa bị thuyết phục với việc sử dụng NB-IoT cho tính di động cao và bị cám dỗ bởi các thiết bị bán sẵn có sẵn hoặc giảm chi phí dữ liệu, thì chúng tôi khuyên bạn nên:
- (a) hỏi xem liệu người dùng mục tiêu của bạn có khả năng di chuyển xung quanh một khu vực nhỏ có thể được bao phủ thông qua một trạm gốc duy nhất (phạm vi <10 km);
- (b) kiểm tra xem liệu các đỉnh năng lượng tiềm năng của việc quét / tham gia mạng liên tục cuối cùng sẽ làm cho NB-IoT có thể so sánh được với LTE-M hay không.
Nhưng tại sao tính di động lại là một vấn đề lớn như vậy trong IoT? Trường hợp sử dụng là gì? Hãy nghĩ về lĩnh vực logistics... Theo dõi các tài sản lưu động của doanh nghiệp như xe cộ, bưu kiện và các đồ vật có giá trị cao là một cơ hội thị trường lớn, một cơ hội mà nhiều công ty đang cố gắng lấp đầy. Việc áp dụng IoT là một xu hướng chính trong lĩnh vực di động cho năm 2020 và xa hơn thế nữa.
Hiện tại, khá khó để theo dõi mọi tài sản trong thời gian thực, trừ khi tất cả chúng được đặt dưới một mái nhà (nhỏ).
Với những đổi mới về tính di động cho chip IoT, các doanh nghiệp có thể theo dõi tài sản của mình một cách đáng tin cậy mà không phải lo lắng về cơ sở hạ tầng phức tạp.
3/ Chi phí
Nhìn chung, LoRaWAN rẻ hơn đáng kể so với NB-IoT. Không chỉ chi phí trả trước thấp hơn nhờ quy mô chấp nhận cao hơn và giá chip thấp hơn, mà tiêu chuẩn mở của nó có nghĩa là chi phí dành cho việc xin cấp phép ở mức tối thiểu.
Ngược lại, NB-IoT có thể đắt hơn, đặc biệt nếu bạn tính đến chi phí kết nối từ các nhà cung cấp di động.
Chi phí là quan trọng trong tất cả các trường hợp sử dụng, nhưng đặc biệt là trong các lĩnh vực như nông nghiệp, nơi giá hàng hóa thấp ảnh hưởng tới nông dân để họ khó có khả năng đầu tư cho các công nghệ mới như IoT.
Đó là lý do tại sao mạng LoRaWAN thuộc sở hữu tư nhân là lựa chọn hàng đầu cho ứng dụng nông nghiệp thông minh trước các giải pháp hỗ trợ NB-IoT.
Có rất nhiều chỉ số để so sánh khi nói đến hai đối thủ nặng ký này của ngành công nghiệp IoT, nhưng ba chỉ số được đánh dấu ở trên là các tiêu chí chính để xác định cho hầu hết các trường hợp sử dụng.
LoRaWAN và NB-IoT: Cái nào phù hợp với bạn?
Cả LoRaWAN và NB-IoT đều rất quan trọng để thúc đẩy ngành công nghiệp IoT phát triển, nhưng cái nào trong số này phù hợp với doanh nghiệp của bạn?
Trong phần kết luận ngắn gọn này, chúng tôi đã chuẩn bị một bảng đơn giản để tóm tắt lại một số trường hợp sử dụng và các công nghệ phù hợp hơn cho từng trường hợp đó:
* Trừ khi có sẵn nhà khai thác LoRaWAN trên toàn khu vực, trong trường hợp đó cả hai công nghệ đều có thể được sử dụng.
Đây chỉ là một vài trong số rất nhiều trường hợp sử dụng công nghệ LPWAN chắc chắn sẽ phát triển trong 3-4 năm tới. Hiện nay, Advantech cũng đã phát triển các giải pháp, sản phẩm sử dụng giao thức LoRaWAN và NB-IoT, để biết thêm chi tiết, vui lòng liên hệ với Advantech Việt Nam để được hỗ trợ.
/S250-min20190820163135.jpg)
/WISE-2410_04-_B20191226121551.jpg)
/WISE-4610-min20190830151429.jpg)
