Khi số lượng thiết bị kết nối tăng lên, các tiêu chuẩn công nghệ mới đã được phát triển để xử lý các vấn đề của lĩnh vực IoT đang phát triển. Trong khi điện thoại thông minh sử dụng mạng di động cho dữ liệu riêng và truyền dữ liệu liên tục thì nhiều thiết bị IoT (ví dụ: đồng hồ nước thông minh, cảm biến năng lượng mặt trời ) chỉ cần truyền một lượng nhỏ dữ liệu trong chu kỳ dài hơn. Do đó dựa hoàn toàn vào mạng di động hoặc vệ tinh sẽ tốn kém và tốn quá nhiều năng lượng cho hầu hết các thiết bị.
Tương tự, mạng WiFi và Bluetooth không phải lúc nào cũng là một giải pháp tốt hoặc tiết kiệm chi phí. Hầu hết các thiết bị IoT không cần phải liên lạc thường xuyên với mạng di động, do đó cần một loại công nghệ mạng mới : LPWAN (Low Power WAN)
Nhiều người so sánh các công nghệ LoRA và NB-IoT như thể họ đang chiến đấu với nó để chiếm ưu thế trong thị trường IoT. Trong thực tế, đây là hai nhánh trong một hệ thống LPWAN hỗ trợ lẫn nhau.
LPWAN – Low Power WAN là viết tắt của Mạng diện rộng công suất thấp, một mạng không dây được thiết kế để kết nối hiệu quả các thiết bị thông minh trên một khoảng cách dài, thường thông qua tốc độ bit thấp. LPWAN lý tưởng cho các thiết bị IoT không cần quản lý lượng dữ liệu lớn hoặc phá bỏ công nghệ gateway cũ đắt tiền hơn. Điều này có thể bao gồm đồng hồ thông minh, sản phẩm tiêu dùng và cảm biến. Giá trị tổng thể của thị trường LPWAN dự kiến sẽ đạt 25 tỷ đô la trong vòng 4 năm.
Nhiều bài báo công nghệ so sánh các công nghệ LoRA và NB-IoT như thể họ đang chiến đấu với nó để chiếm ưu thế trong thị trường IoT. Trong thực tế, các công nghệ này là hai nhánh trong một hệ sinh thái công nghệ mới nổi.
Tương tự như WiFi và Bluetooth, nhiều khả năng chúng sẽ phân kỳ thành các ngóc ngách khác nhau, thay vì cạnh tranh trực tiếp với nhau.
Bài viết này sẽ đi sâu hơn vào các khả năng, chi phí, tuổi thọ, sự phát triển và các yếu tố khác biệt khác của công nghệ dựa trên NB-IoT và LoRa.
LoRa và NB-IoT là gì?
LoRa và NB-IoT đều hoạt động trong công nghệ LPWAN. Chúng là hai tiêu chuẩn chính cho các thiết bị IoT công suất thấp.
Liên minh LoRa đã phát triển LoRa vào năm 2015 như là một tiêu chuẩn IoT an toàn, tiết kiệm năng lượng, giúp dễ dàng đưa lên các thiết bị mới. LoRa là viết tắt của Long-Range (WAN) và là công nghệ điều chế cho LoRaWAN. LoRaWAN là một bộ thông số kỹ thuật năng lượng thấp có liên quan cho các thiết bị IoT. LoRa và LoRaWAN không thể thay thế cho nhau; LoRaWAN đề cập đến một tiêu chuẩn giao thức LPWAN và bản thân nó không phải là một công nghệ. LoRa định nghĩa lớp vật lý. Các tiêu chuẩn bảo mật của nó nhấn mạnh đến mã hóa đầu cuối, xác thực dữ liệu và dẫn xuất khóa thông minh.
NB-IoT là tên viết tắt của Narrow Band IoT , một tiêu chuẩn di động được phát triển bởi 3GPP. NB-IoT không phải là một công nghệ độc lập, mà là một tiêu chuẩn di động nhằm mục đích tiêu chuẩn hóa các thiết bị IoT để có thể tương tác và đáng tin cậy hơn.
NB-IoT có thể được thực hiện theo cách phổ độc lập hoặc trong dải và không yêu cầu gateway, trong khi mỗi thiết bị LoRa cần một gateway để hoạt động (có thể ảnh hưởng đến tổng chi phí). NB-IoT kết nối các trạm cơ sở trực tiếp với các cảm biến.
Sự khác biệt chính giữa Lora và NB-IoT
Cả hai tiêu chuẩn LoRa và NB-IoT đều được phát triển để cải thiện tính bảo mật, hiệu quả năng lượng và khả năng tương tác cho các thiết bị IoT. Mỗi tính năng giao tiếp hai chiều (có nghĩa là mạng có thể gửi dữ liệu đến thiết bị IoT và thiết bị IoT có thể gửi lại dữ liệu) và cả hai đều được thiết kế để mở rộng quy mô, từ một vài thiết bị đến hàng triệu thiết bị.
Sự khác biệt chính giữa các tiêu chuẩn LoRa và NB-IoT:
Độ trễ và tốc độ
- LoRaWAN có tốc độ dữ liệu ~ 293 bps-50 kbps. Giao thức LoRaWAN điều chỉnh tốc độ dữ liệu một cách linh hoạt tùy thuộc vào khoảng cách của cảm biến từ gateway, do đó tối ưu hóa thời gian phát sóng của tín hiệu và giảm các va chạm về tín hiệu.
- NB-IoT chạy tốc độ dữ liệu cao nhất ~ 250 kbps và phù hợp hơn cho các case study tốc độ dữ liệu cao hơn (trên 50 kbps) với ngân sách năng lượng cao hơn.
Sự khác biệt quan trọng nhất của LoRa và NB-IoT là độ trễ của chúng. Đây là một bản cập nhật nhanh về độ trễ của mạng: các mạng và thiết bị giao tiếp với nhau bằng các gói dữ liệu. Nhưng các gói dữ liệu này không phải lúc nào cũng được chuyển ngay lập tức, vì nó ngốn pin và vùng phủ sóng. Độ trễ là thời gian trễ trong việc truyền dữ liệu sau khi thực hiện yêu cầu chuyển. Một thiết bị có độ trễ thấp, kiểm tra trong mạng với mạng thường xuyên hơn so với thiết bị có độ trễ cao.
Chẳng hạn, một cảm biến thông minh phát hiện ra rằng một đường ống đã bị hỏng và cần gửi cảnh báo đến mạng. Nếu cảm biến này có độ trễ cao, nó sẽ không truyền dữ liệu vào mạng rất thường xuyên và có thể mất vài giờ trước khi mạng nhận được cảnh báo. Nếu cảm biến có độ trễ thấp, mạng sẽ nhận được cảnh báo sớm hơn nhiều.
Vị trí / Mật độ
Bởi vì các thiết bị LoRa sử dụng gateway, chúng hoạt động tốt ở vùng sâu vùng xa hoặc nông thôn mà không có vùng phủ sóng 4G. Họ sử dụng phổ không có giấy phép để liên lạc với mạng. Chúng cũng hoạt động tốt khi chúng chuyển động (ví dụ, trên xe tải, máy bay hoặc tàu).
Điều này làm cho chúng rất phù hợp cho chuỗi cung ứng và các ứng dụng vận chuyển. Định vị địa lý của LoRa không phải là GPS, vì vậy các thiết bị cung cấp dịch vụ định vị mà không cần sử dụng nhiều pin.
Còn Các thiết bị NB-IoT không cần gateway, và chúng dựa vào vùng phủ sóng 4G, sử dụng phổ tần trong LTE, phổ GSM hoặc độc lập, có nghĩa là tần số không được sử dụng trong các dải tầng bảo vệ LTE.
Điều này có nghĩa là các thiết bị có chipset NB-IoT hoạt động tốt hơn trong các ứng dụng trong nhà và khu vực đô thị dày đặc. NB-IoT sử dụng công nghệ GPS để định vị địa lý.
Mức tiêu hao năng lượng & QoS
Mặc dù NB-IoT và LoRa đều được thiết kế cho các thiết bị năng lượng thấp, độ trễ thấp hơn của NB-IoT có nghĩa là nó sử dụng nước ép pin nhanh hơn LoRa. Sự đánh đổi là nó có thể đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) tốt hơn LoRa do thời gian phản hồi nhanh hơn. NB-IoT cũng có tốc độ dữ liệu cao hơn và khối lượng truyền nhiều so với LoRa.
Ứng dụng tối ưu cho mỗi công nghệ là gì?
Tùy thuộc vào nhu cầu của một ứng dụng, một công nghệ có thể phù hợp hơn một công nghệ khác. Đối với hầu hết các ứng dụng, các cân nhắc lớn nhất là độ trễ, tuổi thọ pin, phạm vi bảo hiểm và chi phí. Trong khả năng này, NB-IoT và LoRa phục vụ các mục đích khác nhau.
Đo lường thông minh
Hầu hết các vùng đo lường chỉ xử lý lượng dữ liệu khiêm tốn mỗi ngày, vì vậy LoRa là tốt nhất cho hầu hết các ứng dụng với chi phí cài đặt gateway không bị cấm bởi tần số an ninh. NB-IoT là một lựa chọn tốt cho các ứng dụng cần giao tiếp thường xuyên hơn hoặc thông lượng dữ liệu cao.
Tự động hóa công nghiệp
Tự động hóa công nghiệp có nhiều hình thức, và không có câu trả lời chuẩn cho lĩnh vực này. NB-IoT là lựa chọn tốt hơn cho các ứng dụng sản xuất cần giao tiếp thường xuyên hơn và QoS được bảo đảm, trong khi LoRa là lựa chọn tốt hơn cho các cảm biến chi phí thấp hơn và tuổi thọ pin dài hơn.
Cả hai đều hữu ích trong các môi trường khác nhau.
Bán lẻ & POS:
NB-IoT là một lựa chọn tốt hơn. Các giao dịch bán lẻ liên quan đến dữ liệu ít dự đoán hơn và sự gia tăng của khách hàng, do đó độ trễ thấp của NB-IoT không phù hợp. Các nhà bán lẻ có nguy cơ mất doanh số (và khách hàng) với thời gian trễ của các ứng dụng LoRa.
Theo dõi chuỗi cung ứng
Người chiến thắng rõ ràng cho chuỗi cung ứng và ứng dụng vận chuyển là LoRa , bởi vì các gateway di động của nó hoạt động đáng tin cậy trên một phương tiện di chuyển. Vì các lô hàng quá cảnh hoặc trong kho không cần truyền nhiều dữ liệu, độ trễ cao hơn của LoRa, tốc độ dữ liệu thấp hơn và tuổi thọ pin dài hơn đều có ý nghĩa. LoRa cũng phù hợp hơn cho vùng phủ sóng ở khu vực kho nông thôn.
Smart City – Smart Building
LoRa là lựa chọn tốt hơn cho hầu hết các tòa nhà thông minh, do vị trí đặt gateway dễ dàng hơn. Tuy nhiên, các tòa nhà có nguồn cung cấp điện riêng và do đó ít có nhu cầu về hiệu quả sử dụng pin của LoRa, vì vậy NB-IoT có thể là lựa chọn tốt hơn cho các tòa nhà thông minh có thông lượng dữ liệu rất cao hoặc cần độ trễ rất thấp, chẳng hạn như các ứng dụng bảo mật cao cơ sở vật chất.
NB-IoT cũng có khả năng tốt hơn cho các mạng thành phố thông minh kết nối hàng chục hoặc hàng trăm tòa nhà, trong khi LoRa tốt hơn cho một ứng dụng xây dựng đơn lẻ.
Nông nghiệp
Vùng phủ sóng mạng di động tại các vùng nông thôn khiến LoRa trở thành lựa chọn phù hợp hơn, vì LoRa không yêu cầu 4G. LoRa hoạt động đặc biệt tốt để theo dõi các chỉ số nông nghiệp, chẳng hạn như sử dụng nước, pH đất và đồng hồ đo nhiệt độ, không thay đổi nhanh chóng hoặc cần phản ứng ngay lập tức. Không chỉ vậy, điểm giá thấp hơn của LoRa là điểm bán hàng hàng đầu cho nông dân.
Còn chuẩn Sigfox thì sao?
Sigfox là một công ty kết nối có công nghệ LPWAN và cạnh tranh với các công nghệ theo tiêu chuẩn LoRa và NB-IoT. Công nghệ băng tần cực hẹp của họ sử dụng băng tần radio ISM (công nghiệp, khoa học, y tế).
Trong khi Sigfox đang phát triển mỗi ngày nhưng nó vẫn chưa tiếp cận được thị trường của LoRa và NB-IoT. Yêu cầu của Sigfox là khả năng bao phủ các khu vực rộng lớn, bao gồm cả các vật thể dưới lòng đất.
Hạn chế chính của Sigfox là thông lượng thấp (khoảng một phần ba LoRa) và kích thước tin nhắn / tải trọng thấp hơn nhiều (10 byte so với 50 byte byte của LoRa, nói cách khác, kích thước tin nhắn tối đa của nó chỉ bằng 1/5 so với LoRa).
Mặc dù Sigfox và LoRa cạnh tranh trực tiếp hơn LoRa và NB-IoT, Sigfox giống như một cuộc đua về vùng phủ sóng, tương tự như cuộc đua GSM và CDMA trong những ngày đầu của mạng di động.
Đích đến cuối cùng…
Cuối cùng, không có người chiến thắng rõ ràng giữa các thiết bị được tiêu chuẩn hóa NB-IoT và LoRa. Họ giải quyết các nhu cầu khác nhau. Chúng là một phần của hệ sinh thái mạng đang phát triển nhanh, sẽ lưu trữ gần 50 tỷ thiết bị vào cuối năm 2020.
Qua bài viết trên SmartIndustryVN mong muốn mang đến cái nhìn rõ ràng hơn về sự giống nhau giữa 2 công nghệ Lora và NB-IoT, hi vọng bạn đọc sẽ hiểu rõ hơn về 2 công nghệ này để ứng dụng IoT trong doanh nghiệp hiệu quả.
Bài viết tham khảo từ công ty Blue-Signal.
