Sammenligning mellem mobil- og LoRaWAN-netværk
til Smart Street Lighting-applikation
Når det kommer til en nyt smart gadebelysningsprojekt, er et af de vigtige spørgsmål at beslutte, om der skal bruges Cellular eller LoRaWAN-netværk til applikationen.
Denne artikel præsenterer en detaljeret teknisk sammenligning og kommercielle implikationer mellem Cellular IoT og LoRaWAN kommunikationsnetværksmulighederne. Det har til formål at hjælpe kommuner og byselskaber med at træffe et passende kommunikationsnetværk til deres kommende smarte gadebelysningsprojekter.
Hvordan fungerer mobilbaserede smarte gadelys?
A smart gadelys controller baseret på Cellular IoT opretter forbindelse til internettet via lokalt telenet. Her bruger controlleren 2G/ 3G/ 4G/ 5G-signal (teknisk betegnet som LTE CAT 1, LTE CAT M1, NB-IoT, GSM, EGPRS og/eller EDGE). Dette svarer til, hvordan en typisk mobiltelefon, pengeautomat, trafiklys eller smart-meter forbinder til internettet. Der er ikke behov for en lokal gateway.
Hvordan virker LoRaWAN-baserede Smart Street Lights?
LoRaWAN står for langtrækkende wide area network. Den er bygget på LoRa – en proprietær radiokommunikationsteknik. LoRa-baseret gadelygtekontroller bruger ulicenserede radiofrekvenser til at kommunikere til centrale LoRaWAN-gateway(s). Dette er typisk et stjernenetværk. LoRa Gateways fungerer som central hub til at forbinde LoRa-baserede controllere til internettet.
Cellular vs LoRaWAN
En detaljeret teknisk og kommerciel sammenligning
Netværkstype
LoRaWAN
- LoRaWAN netværk kan udveksle små mængder datapakker mellem LoRA Gateways og enheder over en række af 5-10 km.
- En fri synslinje er nødvendig mellem gateways og enheder.
- LoRa Gateways kan forbinde over 1000 enheder. LoRa Gateways fungerer dog ofte som et enkelt point-of-failure. Hele netværket går ned, når en gateway fejler.
Mobil IoT
- Mobilkommunikationsnetværk omtales ofte som IoT-kommunikation (internet of things), når det bruges af smarte enheder.
- Cellulært IoT-netværk kan udveksle mellemstore til meget høje mængder data på realtidsbasis mellem de lokale mobiltelefontårne og enhederne.
- Mulighederne omfatter: LTE CAT M1, NB-IoT, LTE CAT 1 (4G) eller GSM/EGPRS (2G/3G). Enheden vælger det bedst egnede netværk baseret på tilgængeligheden fra de lokale teleoperatører.
Markedsapplikationer
LoRaWAN
LoRA er designet til lav båndbredde, høj latenstid.
Den er velegnet til applikationer som:
- Forbindelse af objekter, der ikke har brug for hyppige data eller realtidsforbindelse. Og kører på batteri. For eksempel kontrol af, om affalds-/affaldsspandene er fulde eller tomme, indsamling af miljødata i fjerntliggende områder og overvågning af landbrugssensorer.
- Fjernaflæsning af smarte målere (elektrisk, gas, vand)
- Flere millioner enheder bruger LoRaWAN i dag, især forbruger- og professionelle applikationer. Anvendelsen af LoRa i offentlig kritisk infrastruktur (såsom trafiklys, vandpumper, ATM osv.) er dog lav.
Mobil IoT
- Cellular IoT tilbyder medium/meget høj båndbredde, lav latens (hurtig tovejskommunikation)
- Denne netværkstopologi kan understøtte alle markedsapplikationer af typen LoRA/UNB såvel som applikationer, der har brug for realtidskommunikation, såsom hæveautomater, trafiklys, sikkerhedskameraer, offentlige parkeringssystemer, smart belysning og andre Smart City applikationer.
- Adskillige milliarder enheder fungerer på mobilnetværk i dag.
- Alle mobiltelefoner i verden bruger Cellular IoT.
Ulicenseret eller Licenseret Spectrum
LoRaWAN
- LoRA fungerer på ulicenseret spektrum – en proprietær løsning (i princippet kan alle installere en LoRA-gateway)
- LoRA-spektrum (ISM-bånd 433 eller 868 MHz, 2.4 GHz) bruges af flere andre tjenester, der kan påvirke netværkets ydeevne og er sårbart over for jamming*
- Chancen for, at der er interferens i et netværk (forstyrrelse i radiokommunikationen på grund af flere applikationer, der bruger spektret) er meget større
- Der er ingen garanti for, at dette ulicenserede spektrum vil være tilgængeligt efter 2028
Mobil IoT
- Lokale teleoperatører køber det licenserede spektrum til at drive lokale cellulære netværk (licensen administreres af 3GPP global alliance og givet af den nationale regering)
- Alle forbindelser kontrolleres, verificeres og får først derefter adgang til netværket
- Lokale teleoperatører administrerer aktivt netværkene ofte med 24 x 7 servicetilgængelighed og opretholder derved en høj pålidelighed
Kvalitet af service & SLA
LoRaWAN
- Der er ingen etableret metode til LoRA-netværk
- LoRA Gateways og netværk kan administreres af lokale borgere, teleoperatører, private virksomheder eller endda kommuner
- Hvis en kommune ønsker at administrere sit eget LoRA-netværk, skal dens it-organisation tage sig af SLA'en og netværkets tilgængelighed (herunder vedligeholdelse, nødback-up, uddannet personale til restaurering osv.)
Mobil IoT
- Lokal teleoperatør giver garanteret ressourceallokering, der er nødvendig for styret Quality of Service (QoS), oppetiden er ofte så høj som 99,99 %
- Lokale teleoperatører tilbyder forskellige serviceniveauaftaler (SLA), inklusive tilgængelighedsgarantier for de forskellige netværkstopologier
- NB-IoT og LTE-CATM1 bruger 3G, 4G og 5G licenseret spektrum fra teleoperatørerne, og derfor gælder alle SLA'er og tilgængelighedsgarantier for denne netværkstopologi
- Kommunen skal med andre ord ikke bekymre sig om netværksstyringen (samme som netværk til mobiltelefon)
standard
LoRaWAN
- Mens LoRA er blevet vedtaget af flere private virksomheder, systemintegratorer og forbrugere, er det ikke blevet vedtaget af de store teleoperatører. Dette er en af de største barrierer
Sikkerhed
LoRaWAN
- LoRA netværk tilbyder standard ISM Radio Frequency sikkerhed. Det hævdes ofte som utilstrækkeligt til offentlig kritisk infrastruktur
Mobil IoT
- Stærk netværkssikkerhed baseret på 3GPP globale standarder
- Det er fortsat en global standard med højeste sikkerhedsniveauer (med løbende opdateringer) i dag i branchen
- Offentlig kritisk infrastruktur såsom trafiklys, sikkerhedskameraer, pengeautomater afhænger af mobilt IoT-netværk til den daglige drift
Fjernsoftware- og sikkerhedsopdateringer
LoRaWAN
- På grund af LoRA-netværkets (meget) lave båndbredde er det ofte meget tidskrævende (det kan tage uger for en OTA-opdatering) eller ikke engang muligt (hvis antallet af LoRA-enheder pr. Gateway er flere)
- Mangel på hurtig OTA-opdatering betragtes desværre som en af de største risici relateret til LoRA-baserede enheder. I tilfælde af et sikkerhedsbrud kan denne afhængighed skabe uventede risici
Mobil IoT
- På grund af tilgængeligheden af god båndbredde og hastighed kan controllere baseret på mobilnetværk (fordelt over byen eller byen) opdateres fuldautomatisk i løbet af få minutter
Installationens kompleksitet
LoRaWAN
- LoRA netværksbaserede gadelygter har brug for flere gateways
- Dette kræver et detaljeret netværksdesign (f.eks. hvor mange gateways der er brug for, hvor de skal installeres, er der en lokalitet osv.). Dette kræver også specifik viden og ekspertise hos installationsteamet
- Interventionsprocessen, i tilfælde af en Gateway-fejl, skal også være veldokumenteret/planlagt
Mobil IoT
- Mobilnetværk tilbyder en fysisk Gateway gratis installation
- Controllere (f NEMA or zhaga controller) kan "klikkes" på toppen af armaturet, og de vil automatisk oprette forbindelse til det centrale lysstyringssystem (LMS) via et lokalt cellulært kommunikationsnetværk
Tilslutningsomkostninger
LoRaWAN
- LoRA-netværk markedsføres ofte som et "gratis" netværk. Dette er dog desværre ikke sandt
- Hvis kommunen installerer LoRA-netværk i byen, så er det personligt ansvarligt at administrere, overvåge og vedligeholde netværket. Personale og ressourcer skal rekrutteres og trænes til at administrere Gateways
- Mens hvis en lokal systemintegrator eller teleoperatør tilbyder LoRA-forbindelse, vil de opkræve betaling for netværksforbindelsen. Dette er ofte skjulte omkostninger og skal udtrykkeligt afklares
Mobil IoT
- Omkostningerne til mobil M2M / IoT-forbindelse var en af de største barrierer for anvendelsen af smart gadebelysningsapplikation. Disse omkostninger er dog faldet markant i løbet af de sidste fem år.
- I dag tilbyder adskillige MVNO'er og lokale teleoperatører tilslutning til US $15 til $20 i 10 år pr. controllerenhed. Med andre ord er der ingen månedlige abonnementsgebyrer, der skal betales.
- Dette er en fremragende ny udvikling i branchen. Derfor øges antallet af smart city-applikationer, herunder smarte gadebelysningsprojekter, er begyndt at bruge mobilt IoT-netværk.
Konklusion
Både Cellulær IoT og LoRaWAN har deres egne fordele, når de overvejer smart gadebelysning ansøgning.
LoRaWAN fordele og ulemper ved smarte gadelys
LoRaWAN er velegnet til forbruger- og professionelle applikationer, der kræver langdistancekommunikation, og hvor enhederne kører på batteri. Det er også velegnet, hvor kommunikationsforsinkelser (høj latency) og sikkerhedsaspekter er mindre vigtige.
Anvendelsen af LoRaWAN til offentlig kritisk infrastruktur (såsom trafiklys, vandpumper, CCTV, ATM osv.) har dog været lav i de fleste lande. Dette er for det meste drevet af:
– Ansvaret og omkostningerne ved at eje (og vedligeholde) LoRaWAN-netværket og LoRa Gateways over flere år.
- Sikkerhedsrisici forbundet med drift på ulicenserede båndbredder, samt begrænsning af enhedens softwareopdatering. Dette kan have alvorlige konsekvenser i tilfælde af en netværksbrud.
Gadelys kommer under offentlig kritisk infrastruktur. De skal fungere pålideligt for at opretholde den offentlige sikkerhed. I løbet af de sidste 5 til 10 år har flere kommuner forsøgt at bruge LoRaWAN til smart gadebelysning. Dette omfatter nogle kommuner i Europa. Men mange af disse kommuner i Europa har lukket det LoRaWAN-baserede smarte gadebelysningsprojekt eller skiftet til en pålidelig netværksmulighed. Dette har primært været på grund af tekniske og sikkerhedsmæssige problemer.
Cellular IoT fordele og ulemper til smarte gadelys
Mobil IoT netværk bruges af milliarder af enheder i dag. Administreret af global standardisering og sikkerhedsalliancer tilbyder Cellular IoT en af de højest kendte sikkerhed standard tilgængelig i dag. Mobilforbindelse bruges af forbrugere (smarte ure, mobiltelefoner), professionelle (smarte målere, industrielle maskiner) samt offentlig kritisk infrastruktur (energinet, trafiklys, vandpumper, pengeautomater, CCTV) applikationer.
Tidligere var en af de vigtigste barrierer ved at bruge Cellular IoT ejeromkostningerne, fordi det kræver et sim-kort / esim påkrævet pr. controller. Disse omkostninger er dog faldet markant i løbet af de sidste 5 – 8 år. I dag tilbyder flere MVNO'er og lokale teleoperatører Cellular IoT-forbindelse til US $15 - $20 med en altomfattende dækning i 10 år. Det betyder, 1.5 USD – 2 USD for altomfattende tilslutning i et år. Desuden skal kommunen ikke bekymre sig om netværksplanlægning eller vedligeholdelse af de lokale Gateways over flere år.
Derfor observerede vi, at et stigende antal byer og byer over hele kloden adopterer Mobil IoT for deres smarte gadebelysningsprojekter. Forskning viser, at dette tendens vil fortsætte.
Spørgsmål?
Smart gadebelysning klart tilbyde mange fordele. Det er blevet en de facto standard i mange nye LED-gadelysinstallationer over hele kloden. Vi håber, at denne artikel gav dig den tekniske og kommercielle indsigt, når du skal vælge mellem LoRaWAN og Cellular IoT til smart gadebelysning og smart city-applikationer.
Har du spørgsmål eller feedback? Vil du gerne lære mere? Du er velkommen til at kontakte os på info@tvilight.com.