انتقل إلى المحتوى الرئيسي

مقارنة بين الشبكات الخلوية وشبكات LoRaWAN
لتطبيق إضاءة الشوارع الذكية

عندما يتعلق الأمر مشروع إنارة الشوارع الذكية الجديد، أحد الأسئلة المهمة هو تحديد ما إذا كنت تريد استخدام الشبكة الخلوية أو شبكة LoRaWAN للتطبيق.

تقدم هذه المقالة مقارنة فنية مفصلة وآثارًا تجارية بين خيارات شبكة الاتصالات الخلوية وإنترنت الأشياء LoRaWAN. ويهدف إلى مساعدة البلديات وشركات المدن في اتخاذ خيار مناسب لشبكة الاتصالات لمشاريع إنارة الشوارع الذكية القادمة.

كيف تعمل مصابيح الشوارع الذكية القائمة على الخلوية؟

A تحكم ضوء الشارع الذكي استنادًا إلى Cellular IoT ، يتصل بالإنترنت عبر محلي شبكة الاتصالات. هنا تستخدم وحدة التحكم إشارة 2G / 3G / 4G / 5G (يطلق عليها تقنيًا LTE CAT 1 و LTE CAT M1 و NB-IoT و GSM و EGPRS و / أو EDGE). هذا مشابه لكيفية اتصال الهاتف المحمول العادي أو ماكينة الصراف الآلي أو إشارة المرور أو العداد الذكي بالإنترنت. ليست هناك حاجة لبوابة محلية.

كيف تعمل مصابيح الشوارع الذكية القائمة على LoRaWAN؟

LoRaWAN لتقف على شبكة منطقة واسعة بعيدة المدى. إنه مبني على LoRa - وهي تقنية اتصال لاسلكي مملوكة. تستخدم وحدة التحكم في مصباح الشارع القائمة على LoRa ترددات راديو غير مرخصة للاتصال ببوابة (بوابات) LoRaWAN المركزية. هذه عادة شبكة نجمية. تعمل بوابات LoRa كمحور مركزي لتوصيل وحدات التحكم القائمة على LoRa بالإنترنت.

الخلوي مقابل LoRaWAN
مقارنة فنية وتجارية مفصلة

نوع الشبكة

LoRaWAN
  • يمكن لشبكة LoRaWAN تبادل كمية صغيرة من حزم البيانات بين LoRA Gateways والأجهزة عبر مجموعة من 5-10 كم.
  • من الضروري وجود خط رؤية واضح بين البوابات والأجهزة.
  • يمكن لـ LoRa Gateways توصيل أكثر من 1000 جهاز. ومع ذلك ، غالبًا ما تعمل بوابات LoRa كنقطة فشل واحدة. الشبكة بأكملها تتعطل ، عندما تفشل البوابة.
إنترنت الأشياء الخلوي
  • غالبًا ما يشار إلى شبكة الاتصالات الخلوية باسم اتصالات إنترنت الأشياء (IoT) عند استخدامها بواسطة الأجهزة الذكية.
  • يمكن لشبكة إنترنت الأشياء الخلوية تبادل كميات متوسطة إلى عالية جدًا من البيانات في الوقت الفعلي بين أبراج الهواتف المحمولة المحلية والأجهزة.
  • خيارات تشمل ما يلي: إل تي إي كات إم1أو NB-IoT أو LTE CAT 1 (4G) أو GSM / EGPRS (2G / 3G). يختار الجهاز أنسب شبكة بناءً على توفرها من مشغلي الاتصالات المحليين.

تطبيقات السوق

LoRaWAN

تم تصميم LoRA لعرض النطاق الترددي المنخفض ، والكمون العالي.
إنه مناسب لتطبيقات مثل:

  • ربط الكائنات التي لا تحتاج إلى بيانات متكررة أو اتصال في الوقت الفعلي. ويعمل بالبطارية. على سبيل المثال ، التحقق مما إذا كانت حاويات النفايات / القمامة ممتلئة أو فارغة ، وجمع البيانات البيئية في المناطق النائية ، ومراقبة أجهزة الاستشعار الزراعية.
  • قراءة العدادات الذكية (كهرباء ، غاز ، ماء) عن بعد
  • تستخدم عدة ملايين من الأجهزة LoRaWAN اليوم ، وخاصة التطبيقات الاستهلاكية والاحترافية. ومع ذلك ، فإن معدل اعتماد LoRa في البنية التحتية العامة الحيوية (مثل إشارات المرور ومضخات المياه وأجهزة الصراف الآلي وما إلى ذلك) منخفض.
إنترنت الأشياء الخلوي
  • يوفر إنترنت الأشياء الخلوي نطاقًا تردديًا متوسطًا / مرتفعًا جدًا ، وزمن انتقال منخفض (اتصال سريع ثنائي الاتجاه)
  • يمكن أن تدعم طوبولوجيا الشبكة هذه جميع تطبيقات السوق من نوع LoRA / UNB ، بالإضافة إلى التطبيقات التي تحتاج إلى اتصال في الوقت الفعلي ، مثل أجهزة الصراف الآلي وإشارات المرور وكاميرات الأمان وأنظمة وقوف السيارات العامة والإضاءة الذكية وغيرها مدينة ذكية التطبيقات.
  • عدة مليار الأجهزة التي تعمل على الشبكة الخلوية اليوم.
  • تستخدم جميع الهواتف المحمولة في العالم إنترنت الأشياء الخلوي.

الطيف الترددي غير المرخص أو غير المرخص

LoRaWAN
  • تعمل LoRA على طيف غير مرخص - حل خاص (يمكن لأي شخص بشكل أساسي تثبيت بوابة LoRA)
  • يتم استخدام طيف LoRA (نطاق ISM 433 أو 868 ميجا هرتز ، 2.4 جيجا هرتز) من قبل العديد من الخدمات الأخرى التي يمكن أن تؤثر على أداء الشبكة ، وهي عرضة للتشويش *
  • احتمال وجود تداخل في الشبكة (اضطراب في الاتصال اللاسلكي بسبب تطبيقات متعددة تستخدم الطيف) أعلى بكثير
  • ليس هناك ما يضمن أن هذا الطيف غير المرخص سيكون متاحًا بعد عام 2028
إنترنت الأشياء الخلوي
  • يشتري مشغلو الاتصالات المحليون الطيف المرخص لتشغيل الشبكات الخلوية المحلية (تتم إدارة الترخيص بواسطة 3GPP تحالف عالمي وممنوح من قبل الحكومة الوطنية)
  • يتم فحص جميع الاتصالات والتحقق منها وعندئذ فقط يُسمح لها بالانضمام إلى الشبكة
  • يدير مشغلو الاتصالات المحليون الشبكات بفاعلية في كثير من الأحيان مع توفر الخدمة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع ، وبالتالي الحفاظ على موثوقية عالية

جودة الخدمة و SLA

LoRaWAN
  • لا توجد طريقة ثابتة لشبكة LoRA
  • يمكن إدارة بوابات وشبكة LoRA من قبل المواطنين المحليين أو مشغل الاتصالات أو الشركة الخاصة أو حتى البلديات
  • في حالة رغبة البلدية في إدارة شبكة LoRA الخاصة بها ، فإن مؤسسة تكنولوجيا المعلومات الخاصة بها تحتاج إلى الاهتمام باتفاقية مستوى الخدمة وتوافر الشبكة (بما في ذلك الصيانة ، والنسخ الاحتياطي في حالات الطوارئ ، والموظفين المدربين للاستعادة ، وما إلى ذلك)
إنترنت الأشياء الخلوي
  • يوفر مشغل الاتصالات المحلي تخصيصًا مضمونًا للموارد اللازمة لإدارة جودة الخدمة (QoS) ، وغالبًا ما يصل وقت التشغيل إلى 99,99،XNUMX٪
  • يقدم مشغلو الاتصالات المحليون اتفاقيات مستوى الخدمة (SLA) المختلفة ، بما في ذلك ضمانات التوفر لأشكال الشبكات المختلفة
  • تستخدم NB-IoT و LTE-CATM1 طيفًا مرخصًا من الجيل الثالث والرابع والجيل الخامس من مشغلي الاتصالات ، وبالتالي فإن جميع اتفاقيات مستوى الخدمة وضمانات التوفر قابلة للتطبيق على هيكل الشبكة هذا
  • بمعنى آخر ، لا داعي للقلق بشأن إدارة الشبكة (مثل شبكة الهاتف المحمول)

المجموعة الأساسية

LoRaWAN
  • بينما تم اعتماد LoRA من قبل العديد من الشركات الخاصة ومتكاملي الأنظمة والمستهلكين ، لم يتم اعتمادها من قبل مشغلي الاتصالات الكبار. هذا هو أحد الحواجز الرئيسية
إنترنت الأشياء الخلوي
  • قرر جميع مشغلي الاتصالات الكبار / الدوليين التنفيذ LTE القط M1 / NB-IoT على نطاق واسع. تم الانتهاء من الطرح في العديد من البلدان في جميع أنحاء العالم.
  • LTE CAT 1 و الهاتف/ EGPRS هي شبكات اتصالات الهواتف المحمولة القياسية ومتاحة عالميًا

حماية

LoRaWAN
  • توفر شبكة LoRA أمانًا قياسيًا للترددات الراديوية ISM. غالبًا ما يُقال على أنها غير كافية للبنية التحتية العامة الحيوية
إنترنت الأشياء الخلوي
  • أمان شبكة قوي يعتمد على المعايير العالمية 3GPP
  • يظل معيارًا عالميًا بأعلى مستويات الأمان (مع تحديثات مستمرة) اليوم في الصناعة
  • تعتمد البنية التحتية العامة الحيوية مثل إشارات المرور والكاميرات الأمنية وأجهزة الصراف الآلي على شبكة إنترنت الأشياء الخلوية للتشغيل اليومي

تحديثات البرامج والأمان عن بعد

LoRaWAN
  • نظرًا للنطاق الترددي المنخفض (جدًا) لشبكة LoRA ، غالبًا ما يستغرق وقتًا طويلاً (قد يستغرق الأمر أسابيع لتحديث OTA) أو غير ممكن (إذا كان عدد أجهزة LoRA لكل بوابة أكثر)
  • يعتبر عدم وجود تحديث OTA الفوري للأسف أحد أكبر المخاطر المتعلقة بالأجهزة القائمة على LoRA. في حالة حدوث أي خرق أمني ، يمكن أن تؤدي هذه التبعية إلى مخاطر غير متوقعة
إنترنت الأشياء الخلوي
  • نظرًا لتوفر النطاق الترددي الجيد والسرعة ، يمكن تحديث وحدات التحكم القائمة على الشبكة الخلوية (المنتشرة في جميع أنحاء المدينة أو البلدة) تلقائيًا بالكامل في غضون دقائق

تعقيد التثبيت

LoRaWAN
  • تحتاج مصابيح الشوارع القائمة على شبكة LoRA إلى بوابات متعددة
  • يتطلب هذا تصميمًا مفصلاً للشبكة (على سبيل المثال ، عدد البوابات المطلوبة ، ومكان تثبيتها ، وهل يوجد خط في الموقع ، وما إلى ذلك). يتطلب هذا أيضًا معرفة وخبرة محددة من فريق التثبيت
  • يجب أيضًا أن تكون عملية التدخل ، في حالة فشل البوابة ، موثقة / مخططة جيدًا
إنترنت الأشياء الخلوي
  • توفر الشبكة الخلوية تثبيتًا ماديًا مجانيًا للبوابة
  • وحدات تحكم (على سبيل المثال NEMA or Zhaga تحكم) يمكن "النقر عليها" الجزء العلوي من الإنارة، وسوف يتصلون تلقائيًا بنظام إدارة الضوء المركزي (LMS) عبر شبكة اتصالات خلوية محلية

تكاليف الاتصال

LoRaWAN
  • غالبًا ما يتم تسويق شبكة LoRA على أنها شبكة "مجانية". ومع ذلك ، للأسف هذا ليس صحيحا
  • إذا قامت البلدية بتثبيت شبكة LoRA في المدينة ، فإنها مسئولة بشكل شخصي عن إدارة الشبكة ومراقبتها وصيانتها. يجب تعيين الموظفين والموارد وتدريبهم لإدارة البوابات
  • بينما إذا كان مكمل النظام المحلي أو مشغل الاتصالات يقدم اتصال LoRA ، فسيتم فرض رسوم على اتصال الشبكة. غالبًا ما تكون هذه تكلفة خفية ويجب توضيحها بوضوح
إنترنت الأشياء الخلوي
  • كانت تكاليف الاتصال الخلوي M2M / IoT أحد العوائق الرئيسية التي تحول دون اعتماد تطبيق إضاءة الشوارع الذكي. ومع ذلك ، فقد انخفضت هذه التكلفة بشكل كبير خلال السنوات الخمس الماضية.
  • اليوم ، العديد من مشغلي شبكات الجوال الافتراضية (MVNO) ومشغلي الاتصالات المحليين يقدمون إمكانية الاتصال من 15 دولارًا أمريكيًا إلى 20 دولارًا أمريكيًا لمدة 10 سنوات لكل جهاز تحكم. بمعنى آخر ، لا توجد رسوم اشتراك شهرية يتم دفعها.
  • هذا تطور جديد ممتاز في الصناعة. لذلك ، زيادة عدد تطبيقات المدن الذكية، بما فيها مشاريع إنارة الشوارع الذكية، بدأت في استخدام شبكة إنترنت الأشياء الخلوية.

وفي الختام

يبلغ قطر كلاً من إنترنت الأشياء الخلوي و LoRaWAN لها مزاياها الخاصة عند النظر في إضاءة الشوارع الذكية التطبيق.

إيجابيات وسلبيات LoRaWAN لأضواء الشوارع الذكية

LoRaWAN مناسب للتطبيقات الاستهلاكية والاحترافية التي تتطلب اتصالاً بعيد المدى ، وحيث تعمل الأجهزة على البطارية. كما أنه مناسب حيث تكون تأخيرات الاتصال (زمن الوصول العالي) والجوانب الأمنية أقل أهمية.

ومع ذلك ، فإن معدل اعتماد LoRaWAN للبنية التحتية العامة الحيوية (مثل إشارات المرور ومضخات المياه وكاميرات المراقبة وأجهزة الصراف الآلي وما إلى ذلك) كان منخفضًا في معظم البلدان. هذا مدفوع في الغالب بما يلي:

- مسؤولية وتكلفة امتلاك (وصيانة) شبكة LoRaWAN وبوابات LoRa على مدى عدة سنوات.
- أخطار أمنية المرتبطة بالعمل على نطاقات التردد غير المرخصة ، فضلا عن تقييد تحديث برنامج الجهاز. يمكن أن يكون لهذا عواقب وخيمة في حالة أ اختراق الشبكة.

تأتي مصابيح الشوارع تحت البنية التحتية العامة الحيوية. إنهم بحاجة إلى العمل بشكل موثوق للحفاظ على السلامة العامة. خلال السنوات الخمس إلى العشر الماضية ، حاولت عدة بلديات استخدام LoRaWAN لتطبيق إضاءة الشوارع الذكي. وهذا يشمل بعض البلديات في أوروبا. ومع ذلك ، فقد أغلقت العديد من هذه البلديات في أوروبا مشروع إضاءة الشوارع الذكي القائم على LoRaWAN أو تحولت إلى خيار شبكة موثوق. كان هذا بشكل أساسي بسبب المشكلات الفنية والأمنية.

إيجابيات وسلبيات IoT الخلوية لأضواء الشوارع الذكية

إنترنت الأشياء الخلوي يتم استخدام الشبكة من قبل مليارات الأجهزة اليوم. تدار من قبل العالمية التقييس والتحالفات الأمنية ، تقدم Cellular IoT واحدة من أفضل التحالفات المعروفة أمن المعيار المتاح اليوم. يتم استخدام الاتصال الخلوي من قبل المستهلكين (الساعات الذكية والهواتف المحمولة) والمهنيين (العدادات الذكية والآلات الصناعية) وكذلك البنية التحتية العامة الحيوية تطبيقات (شبكات الطاقة ، إشارات المرور ، مضخات المياه ، أجهزة الصراف الآلي ، الدوائر التلفزيونية المغلقة).

في الماضي ، كانت إحدى العوائق الرئيسية لاستخدام Cellular IoT هي تكلفة الملكية ، لأنها تتطلب بطاقة sim / esim واحدة مطلوبة لكل وحدة تحكم. ومع ذلك ، فقد انخفضت هذه التكلفة بشكل ملحوظ خلال السنوات الخمس إلى الثماني الماضية. اليوم ، العديد من مشغلي شبكات الجوال الافتراضية ومشغلي الاتصالات المحليين يقدمون اتصال إنترنت الأشياء الخلوي بسعر 5 دولارًا أمريكيًا - 8 دولارًا أمريكيًا مع تغطية شاملة لمدة 15 سنوات. هذا يعني ، 20 دولار أمريكي - 10 دولار أمريكي للاتصال الشامل لمدة عام واحد. علاوة على ذلك ، لا داعي للقلق بشأن تخطيط الشبكة أو صيانة البوابات المحلية على مدى عدة سنوات.

لذلك ، لاحظنا أن عددًا متزايدًا من البلدات والمدن في جميع أنحاء العالم تتبنى إنترنت الأشياء الخلوي لمن مشاريع إنارة الشوارع الذكية. أبحاث يوضح أن هذا الاتجاه وسوف تواصل.

نرحب بأسئلتكم؟

أضواء الشوارع الذكية تقدم الكثير بشكل واضح مزايا. لقد أصبح معيارًا واقعيًا في العديد من تركيبات إنارة الشوارع LED الجديدة في جميع أنحاء العالم. نأمل أن تزودك هذه المقالة بالرؤى التقنية والتجارية عند الاختيار بين LoRaWAN و Cellular IoT لتطبيقات إضاءة الشوارع والمدن الذكية.

هل لديك أي أسئلة أو ملاحظات؟ هل ترغب في معرفة المزيد؟ لا تتردد في الاتصال بنا على info@tvilightكوم.