مقدمة
تخدم تقنيات LPWA (منطقة منخفضة الطاقة على نطاق واسع) احتياجات سوق إنترنت الأشياء (IoT) من خلال أجهزة رخيصة تحمل البطارية لفترة طويلة وشبكات لمسافات طويلة رخيصة مع الحفاظ على عدد كبير من الاتصالات. هناك العديد من الخيارات لبناء شبكات LPWA ، ولكن تكنولوجيات LoRaWAN و NB-IoT أظهرت أعظم الديناميات وستحصل على أكبر حصة في السوق LPWA في السنوات القادمة. في هذا النص ، سيتم النظر في هذه التقنيات من حيث الميزات والاختلافات المشتركة. ثم سننتقل إلى أمثلة لاستخدام LoRaWAN في الأسواق الرأسية ، مع إبراز المزايا الفريدة لـ LoRaWAN. سيتم أيضًا النظر في الخيارات الممكنة عندما يعمل LoRaWAN و NB-IoT معًا لتحقيق أكبر الفوائد.
مقارنة بين LoRaWAN و NB-IoT من الناحية الفنية
LoRaWAN هو نظام LPWAN ذو بنية مفتوحة تم تطويره وتوحيده بواسطة جمعية غير هادفة للربح تابعة لشركات تحالف LoRa ، التي تضم أكثر من 500 عضو. LoRa هي تقنية تعديل تستخدم على المستوى المادي ، والتي تسمح بنقل بيانات بعيد المدى موفرة للطاقة باستخدام تعديل CSS (Chirp Spread Spectrum) ، الذي يوزع إشارات ضيقة النطاق على قناة ممتدة ، مما يضمن مناعة ضوضاء عالية ونسبة إشارة منخفضة إلى الضوضاء. تعمل NB-IoT ، من جانبها ، في النطاق المرخص وتستخدم ، مثل LTE ، الوصول المتعدد بتقسيم التردد للوصلة الصاعدة (FDMA) والتشكيل FDMA المتعامد للوصلة الهابطة (FDMA) و QPSK (Keying Switch Shift Keying). على الرغم من أن كلا التقنيتين يمكنهما التنافس في جودة الخدمة (QoS) ، إلا أن تطبيقات إنترنت الأشياء التي تتطلب اتصالًا متكررًا ستشعر بالتحسن مع NB-IoT ، التي لا تفرض قيودًا على دورة العمل في النطاق المرخص ، لكن التكلفة الكاملة لتوفير نظام أعلى تكلفة من LoRaWAN.
تستهلك أجهزة LoRaWAN و NB-IoT طاقة أقل عند دخولها وضع السكون. ولكن أثناء التشغيل كبروتوكول متزامن ، يستهلك NB-IoT طاقة أكبر بكثير من LoRaWAN ، وهو بروتوكول غير متزامن ، وعند القياس بنفس الإنتاجية ، يستهلك NB-IoT ذروة التيار الأعلى المطلوبة لتعديل OFDM / FDMA. على الرغم من ذلك ، فإن خصائص كلتا التقنيتين مهمة في تنفيذ العديد من الحلول العملية التي تتطلب اختراقًا عاليًا داخل المنازل وسنوات من عمر البطارية.
بالنسبة للعملاء من الشركات الذين يرغبون في نشر شبكة مختلطة باستخدام البنية الأساسية للشبكة الخاصة والعامة ، من الأفضل استخدام LoRaWAN لعدة أسباب. مع شبكات LoRaWAN الخاصة ، لا تقتصر الشركات على الأسباب التجارية والمالية لنقل البيانات. حيثما أمكن ، يمكن استكمال الوصول إلى شبكة الشركة عن طريق شبكة LoRaWAN العامة. يتم توفير اتصال NB-IoT حاليًا في المناطق التي تتوفر فيها التغطية الخلوية بالفعل ، لكن تكاليف النشر أعلى من LoRaWAN نظرًا لأن نشر شبكة خاصة سيتطلب شراء أو تأجير طيف الترددات اللاسلكية من مشغلي الشبكات. هناك عامل آخر يؤثر على التكلفة النسبية والأداء في LoRaWAN و NB-IoT وهو أفضل تغلغل في LoRaWAN في الداخل. تبلغ الخسارة القصوى للاتصالات (قيمة MCL) للوصلة الصاعدة والوصلة الهابطة LoRaWAN dB 165 ؛ يمكن أن يتراوح المدى MCL لـ NB-IoT بين 145 dB و 169 dB للوصلة الصاعدة و 151 dB للوصلة الهابطة ، اعتمادًا على فئة الجهاز. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي انخفاض أداء الطاقة في ارتباط اتصالات NB-IoT إلى انخفاض في عمر البطارية.
أجهزة LoRa أكثر من NB-IoT
وفقًا لتحالف LoRa ، اعتبارًا من أبريل 2019 ، يوجد أكثر من 113 شبكة من شبكات LoRaWAN في 55 دولة حول العالم في مراحل مختلفة من النشر التجاري مقارنة بـ 90 شبكة NB-IoT. وفقًا لتحالف LoRa ، هناك 118 جهازًا من أجهزة LoRaWAN معتمدة من قبل تحالف LoRa. في الوقت نفسه ، وفقًا للرابطة العالمية لموردي الأجهزة المحمولة ، وأجهزة NB-IoT و CAT-M التجارية في المجموع 43. وفقًا لشركة Semtech Corporation ، اعتبارًا من أبريل 2019 ، بلغ العدد الإجمالي للأجهزة الطرفية LoRa 97 مليونًا. يتسارع نمو حلول LoRaWAN لأن النظام البيئي للأجهزة يتوسع بسرعة ليشمل مجموعة واسعة من الأسواق الرأسية.
خدمات
اكتسبت LoRaWAN شعبية بفضل المرافق التي تربط العدادات الذكية للغاز والمياه. كانت الصين واحدة من أوائل الشركات التي قدمت تكنولوجيا LoRa لمشاريع القياس الذكية ، حيث كانت تمثل حوالي 65 ٪ من الرقائق التي تم شحنها في عام 2018. أعلنت شركة Birdz التابعة لشركة Novo Veolia و Veolia Water ، في 19 ديسمبر 2018 ، أنها اختارت Orange Business Services (OBS) لتوصيل 3 ملايين عداد مياه ذكية من LoRaWAN. عقد Veolia هو أكبر تطبيق لعدادات المياه الذكية باستخدام شبكة LPWA العامة. بدأت شركات الطاقة ، التي تمر بمراحل أكثر تقدماً في تطبيق العدادات الذكية ، في تطوير البنى التحتية الكهربائية للجهد المتوسط (MV) والبنية عالية الجهد (HV). أعلنت شركة ABB ، الشركة الرائدة في مجال حلول الكهرباء ، عن محددات الجهد في شركة LoRaWAN التي تقيس تيار التفريغ وتيار التسرب. أعلن تحالف LoRa و DLMS بشكل مشترك في أبريل 2019 عن شراكتهما لتوفير ملف تعريف DLMS جديد معد لشبكات LoRaWAN ، مما يسمح للمرافق باستخدام العديد من تطبيقات إنترنت الأشياء والسماح باستخدام
بروتوكول DLMS / COSEM لتوصيل عدادات الكهرباء الذكية مع LoRaWAN.
المباني الذكية
يتم استخدام حلول إنترنت الأشياء التي تستخدم أجهزة استشعار لمراقبة الظروف البيئية المختلفة ، مثل درجة الحرارة والرطوبة والضوء ، واكتشاف الحركة والصدمات وتسربات المياه ، بشكل متزايد في المباني التجارية.
تشمل المباني الذكية أيضًا حلولًا لإدارة الفضاء تستخدم أجهزة استشعار الغرفة لتوفير معلومات في الوقت الفعلي عن استخدام المساحة للوصول إلى أماكن العمل وقاعات المؤتمرات ، فضلاً عن الاستخدام الأمثل لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (التدفئة / التهوية / تكييف الهواء). يمكن أن تساعد معرفة الامتلاء أيضًا مديري المباني على إدارة خدمات البرامج بشكل أفضل ، مثل التنظيف وإدارة النفايات والأمان. حققت تقنية LoRaWAN أعظم نجاح في تنفيذ هذه الحلول ولديها مزايا بسبب توفر الأجهزة وبساطة إنشاء شبكات ذات قدرة اختراق عالية داخل المباني. يوفر بائعي المحطات الأساسية الذكية مثل Cisco و MultiTech و Kerlink و TEKTELIC و Laird محطات أساسية ومتناهية الصغر تدعم ما بين 3000 و 7000 محطة طرفية متصلة ، على التوالي.
الخدمات اللوجستية / تتبع الأصول (السلع ، الموارد ، القيم)
يعد تتبع الأصول اللاسلكية أحد أكبر الفرص في سوق إنترنت الأشياء ، وستلعب تقنيات شبكة LPWA دورًا هامًا ، حيث تتبع بشكل جماعي أكثر من 9500 مليون من الأصول في جميع أنحاء العالم على مدار السنوات الخمس القادمة. المشكلة الأكبر التي يمكن أن تحلها LoRaWAN هي التمثيل البصري للبضائع وتتبعها في سلسلة التوريد ، من البيئة الداخلية للمؤسسة إلى المدن الكبرى والمناطق باستخدام تقنية واحدة. حاليًا ، لا يتوفر تتبع المنتج إلا داخل المباني التي تستخدم تقنيات لاسلكية قصيرة المدى مثل RFID أو Bluetooth أو UWB أو Wi-Fi أو في الهواء الطلق باستخدام تقنية الخلوية أو الأقمار الصناعية. في 19 فبراير 2019 ، اختارت الشركة المصنعة للطائرات Objenious (شركة
إنترنت فرنسية IoT) للبنية التحتية المختلطة LoRaWAN ، والتي سمحت لها بتتبع منتجاتها ليس فقط في المصانع ، ولكن أيضًا بين المصانع التي تستخدم شبكة LoRaWAN العامة التي توفرها Objenious. مثال آخر هو نظم تتبع الأصول التي تتعقب المركبات التي تحمل بضائع ثمينة. في البرازيل ، اختارت Maxtrack LoRaWAN وبحلول نهاية عام 2018 وضعت أكثر من 400000 تعقب لتتبع المركبات والبضائع.
الصناعة والتصنيع الذكي
أحد العوامل الرئيسية للتحول الرقمي في الإنتاج هو الإنترنت الصناعي للأشياء. تعمل مستشعرات LoRa Alliance المعتمدة على تمكين تطبيقات إنترنت الأشياء في الإنتاج لتحسين وضوح سير العمل ومراقبة وقت تشغيل المعدات لتقليل وقت التوقف عن العمل وعرض استخدام الموارد وفحص الأداء العام. تستفيد تطبيقات إنترنت الأشياء الصناعية من التكلفة الإجمالية المنخفضة للملكية لدى LoRaWAN والمرونة في إدارة الشبكات الخاصة لنشر أجهزة استشعار لاسلكية لجمع نقاط بيانات إضافية لتوفير معرفة جديدة. الحلول الصناعية من Ineo-Sense و ADVEEZ تشهد على إدخال تقنيات إنترنت الأشياء في صناعات السيارات والفضاء.
الزراعة الذكية
وفقًا لمنظمة الأمم المتحدة للأغذية والزراعة (الفاو) ، سيتعين على الزراعة زيادة الإنتاجية بنسبة 70٪ بحلول عام 2050 لتلبية النمو السكاني المتوقع.
ستساعد تقنيات إنترنت الأشياء في تحسين استخدام الموارد لتلبية هذا الطلب المتوقع على الأغذية. ومع ذلك ، فإن انخفاض أسعار السلع الأساسية جعل من الصعب على مجموعة كبيرة من المنتجين ، المزارعين الصغار ومتوسطي الحجم ، استخدام تقنيات إنترنت الأشياء المختلفة. تتيح لك تقنيات شبكة LPWA تنفيذ حلول إنترنت الأشياء المرنة بطريقتين: أولاً ، توفر أجهزة غير مكلفة لمراقبة رطوبة التربة أو ظروف الثروة الحيوانية من أجل زيادة إنتاجية الحليب أو إنتاجيته ؛ وثانيا ، إنشاء شبكات بأسعار معقولة لتلقي المعلومات من أجهزة الاستشعار باستخدام أجهزة LoRaWAN ، بدلا من الشبكات الخلوية التي قد لا تكون متاحة. كما ذكر سابقًا ، هناك العديد من موردي المحطات الأساسية لبناء شبكات LoRaWAN الخاصة.
أخيرًا ، بالإضافة إلى نجاح LoRaWAN الذي تم تحقيقه بالفعل في حلول المؤسسات ، تتوقع ABI Research أيضًا تنفيذًا كبيرًا لهذه التكنولوجيا لحلول المستهلكين مثل Smart Home. يدعم LoRaWAN الاتصال داخل وخارج المسافات الطويلة للأجهزة الموجودة حول محيط كائن ما. بالإضافة إلى ذلك ، يعد أداء بطارية LoRaWAN مهمًا للعديد من الأجهزة التي تعمل باللمس والتي تعمل بالبطاريات المستخدمة في حلول مثل كاشفات الدخان ، وكشف تسرب المياه ، والأقفال الذكية ، والرصد البيئي ، ورعاية المسنين ، والإضاءة الخارجية الذكية. تعتقد ABI Research أيضًا أن شركات B2B ستستفيد أيضًا من شبكات LoRaWAN الذكية للمنزل لأن توسيع توافر الشبكة المنزلية يدعم مجموعة واسعة من حالات الاستخدام ذات الصلة بعملاء الشركات ، بما في ذلك التحقق من تسليم البضائع ومراقبة الأمن والأمن.
التعايش LoRaWAN و NB-IoT
مع استمرار تطور سوق إنترنت الأشياء ، سيتعايش LoRaWAN و NB-IoT في السوق ، ويتنافسان في بعض الأسواق الرأسية ويكمل كل منهما الآخر في أسواق أخرى ، بناءً على متطلبات حلول إنترنت الأشياء المحددة للتكلفة والتغطية وعرض النطاق الترددي. باستخدام الطيف غير المرخص ، ستبقى LoRaWAN منفصلة عن تقنيات شبكات LPWA الأخرى وستلعب دورًا رائدًا في الشبكات الخاصة للشركات ، حيث تريد الشركات السيطرة الكاملة على البنية التحتية والأجهزة الخاصة بها. ومع ذلك ، هناك ثلاث حالات قد تنشأ فيها حاجة للحلول الهجينة باستخدام كل من LoRaWAN و NB-IoT.
الموقف الأول هو تتبع أصول المحمول. مع استمرار آثار أقدام شبكات LoRaWAN و NB-IoT على النمو في جميع أنحاء العالم ، يمكن للشبكات أيضًا أن تكون مكملة ، مما يوفر الاتصال في كل مكان اللازم لتتبع الأصول في مواقع ومناطق متعددة.
الموقف الثاني هو حلول للمحاسبة الذكية للموارد ورصد أنظمة الطاقة. في أوروبا ، يستخدم بروتوكول M-Bus بشكل أساسي في القياس الذكي للغاز والمياه ، - معيار ETSI (المعهد
الأوروبي لتقييس الاتصالات ) للقياس الذكي. ومع ذلك ، واجهت M-Bus تقليص سلسلة موفري الحلول التي تدعم هذا المعيار. هذا يجعل LoRaWAN بديلاً محتملاً لتوصيل شبكات WAN بالمقاييس الذكية التي تعمل بالبطارية. بالإضافة إلى ذلك ، لتطبيق أنظمة محاسبة الموارد التي تستخدم بنية المحطات الأساسية ، كما يتضح في المملكة المتحدة وألمانيا ، يمكن لواروان توصيل العدادات والأجهزة الطرفية الأخرى.
أخيرًا ، يمكن لمصنعي المعدات الصناعية التي تنشر حلول المراقبة عن بُعد الاستفادة بشكل كبير من حل الأسلاك الموحد LoRaWAN / NB-IoT لتعزيز وظيفة ومرونة مختلف حلول المراقبة والتحكم الصناعية. تم تحسين تقنية LoRaWAN كحلول توصيل أساسي عند تحسينه لعمر البطارية الطويل ، عندما تكون هناك حاجة إلى أجهزة استشعار لإرسال بيانات المراقبة بشكل متكرر. يمكن استخدام تقنية NB-IoT ذات الكمون المنخفض وضمان جودة الخدمة ، لكن التكلفة الأعلى أقل في حالات التحكم عن بُعد الخاصة.
النتائج
بدأت شبكات LoRaWAN و NB-IoT في الانتشار مؤخرًا نسبيًا ، لكنها تشهد بالفعل نموًا سريعًا على نطاق عالمي. سيكون هناك مكان لكل من LoRaWAN و NB-IoT بين تطبيقات إنترنت الأشياء الضخمة استنادًا إلى المزايا المدرجة: انخفاض تكاليف الجهاز والبنية الأساسية للشبكة والوصول إلى الشبكة ؛ تغلغل كبير داخل المبنى ؛ وانخفاض استهلاك الطاقة. ومع ذلك ، تتمتع LoRaWAN في المستقبل القريب بميزة واضحة على NB-IoT ، من خلال نظام المورّدين المطورين الخاص بها ، وأجهزة IoT المعتمدة والحلول المتكاملة التي أصبحت جاهزة للتنفيذ اليوم.
تم نشره في 10 يونيو 2019 بواسطة شركة ABI Research التحليلية
ترجمت بإذن من ABI Research