Vergelijking tussen mobiele en LoRaWAN-netwerken
voor Smart Street Lighting-toepassing
Als het gaat om een nieuw slim straatverlichtingsproject, is een van de belangrijke vragen of u een mobiel of LoRaWAN-netwerk wilt gebruiken voor de toepassing.
Dit artikel presenteert een gedetailleerde technische vergelijking en commerciële implicaties tussen de Cellular IoT en de LoRaWAN-communicatienetwerkopties. Het is bedoeld om gemeenten en stadsbedrijven te helpen bij het maken van een geschikte communicatienetwerkkeuze voor hun aanstaande slimme straatverlichtingsprojecten.
Hoe werken op mobiele apparaten gebaseerde slimme straatverlichting?
A slimme straatlantaarncontroller gebaseerd op Cellular IoT maakt via lokaal verbinding met internet telecom netwerk. Hier gebruikt de controller een 2G/ 3G/ 4G/ 5G-signaal (technisch aangeduid als LTE CAT 1, LTE CAT M1, NB-IoT, GSM, EGPRS en/of EDGE). Dit is vergelijkbaar met hoe een typische mobiele telefoon, geldautomaat, verkeerslicht of slimme meter verbinding maakt met internet. Een lokale gateway is niet nodig.
Hoe werken op LoRaWAN gebaseerde slimme straatverlichting?
LoRaWAN staat voor Long Range Wide Area Network. Het is gebouwd op LoRa - een gepatenteerde radiocommunicatietechniek. Op LoRa gebaseerde straatlantaarncontrollers gebruiken niet-gelicentieerde radiofrequenties om te communiceren met centrale LoRaWAN Gateway(s). Dit is typisch een sterrennetwerk. De LoRa Gateways fungeren als centrale hub om op LoRa gebaseerde controllers met internet te verbinden.
Mobiel versus LoRaWAN
Een gedetailleerde technische en commerciële vergelijking
Netwerktype
LoRaWAN
- Het LoRaWAN-netwerk kan een kleine hoeveelheid datapakketten uitwisselen tussen LoRA-gateways en -apparaten over een bereik van 5-10 km.
- Er is een duidelijke zichtlijn nodig tussen gateways en apparaten.
- LoRa Gateways kunnen meer dan 1000 apparaten verbinden. De LoRa Gateways fungeren echter vaak als een single point-of-failure. Het hele netwerk valt uit als een gateway uitvalt.
Mobiele IoT
- Een mobiel communicatienetwerk wordt vaak IoT-communicatie (internet der dingen) genoemd wanneer het wordt gebruikt door slimme apparaten.
- Het mobiele IoT-netwerk kan in realtime middelgrote tot zeer grote hoeveelheden gegevens uitwisselen tussen de lokale mobiele telefoontorens en de apparaten.
- Opties zijn onder andere: LTE KAT M1, NB-IoT, LTE CAT 1 (4G) of GSM / EGPRS (2G/3G). Apparaat selecteert het meest geschikte netwerk op basis van de beschikbaarheid van de lokale telecomoperators.
Markt toepassingen
LoRaWAN
LoRA is ontworpen voor lage bandbreedte, hoge latentie.
Het is geschikt voor toepassingen zoals:
- Objecten verbinden die geen frequente gegevens of realtime connectiviteit nodig hebben. En werkt op batterij. Bijvoorbeeld controleren of de afvalbakken vol of leeg zijn, milieugegevens verzamelen in afgelegen gebieden en landbouwsensoren monitoren.
- Op afstand uitlezen van slimme meters (elektra, gas, water)
- Enkele miljoenen apparaten maken tegenwoordig gebruik van LoRaWAN, vooral consumenten- en professionele toepassingen. De acceptatiegraad van LoRa in openbare kritieke infrastructuur (zoals verkeerslichten, waterpompen, geldautomaten, enz.) is echter laag.
Mobiele IoT
- Cellulair IoT biedt medium/zeer hoge bandbreedte, lage latentie (snelle tweerichtingscommunicatie)
- Deze netwerktopologie ondersteunt alle markttoepassingen van het LoRA/UNB-type, evenals toepassingen die real-time communicatie nodig hebben, zoals geldautomaten, verkeerslichten, beveiligingscamera's, openbare parkeersystemen, slimme verlichting en andere Smart City toepassingen.
- Verscheidene miljard apparaten werken tegenwoordig op een mobiel netwerk.
- Alle mobiele telefoons ter wereld maken gebruik van Cellular IoT.
Ongelicentieerd of gelicentieerd spectrum
LoRaWAN
- LoRA werkt op spectrum zonder vergunning – een eigen oplossing (in principe kan iedereen een LoRA-gateway installeren)
- LoRA-spectrum (ISM-band 433 of 868 MHz, 2.4 GHz) wordt gebruikt door verschillende andere services die de prestaties van het netwerk kunnen beïnvloeden en is kwetsbaar voor storingen*
- De kans dat er storing is in een netwerk (storing in de radiocommunicatie door meerdere toepassingen die gebruik maken van het spectrum) is veel groter
- Er is geen garantie dat dit niet-gelicentieerde spectrum na 2028 beschikbaar zal zijn
Mobiele IoT
- Lokale telecomoperators kopen het gelicentieerde spectrum om lokale mobiele netwerken te exploiteren (licentie wordt beheerd door 3GPP wereldwijde alliantie en verleend door de nationale overheid)
- Alle verbindingen worden gecontroleerd, geverifieerd en pas daarna toegelaten tot het netwerk
- Lokale Telecom Operators beheren actief de netwerken vaak met 24 x 7 beschikbaarheid van diensten, waardoor een hoge betrouwbaarheid behouden blijft
Servicekwaliteit & SLA
LoRaWAN
- Er is geen gevestigde methode voor het LoRA-netwerk
- LoRA Gateways en netwerk kunnen worden beheerd door lokale burgers, telecomoperators, particuliere bedrijven of zelfs gemeenten
- Als een gemeente haar eigen LoRA-netwerk wil beheren, moet haar IT-organisatie zorgen voor de SLA en de netwerkbeschikbaarheid (inclusief onderhoud, noodback-up, opgeleid personeel voor herstel, enz.)
Mobiele IoT
- Lokale telecomoperator biedt gegarandeerde toewijzing van middelen die nodig zijn voor beheerde Quality of Service (QoS), uptime is vaak zo hoog als 99,99%
- Lokale Telecom Operators bieden verschillende Service Level Agreements (SLA's) aan, inclusief beschikbaarheidsgaranties voor de verschillende netwerktopologieën
- NB-IoT en LTE-CATM1 gebruiken 3G, 4G en 5G gelicentieerd spectrum van de Telecom Operators, en daarom zijn alle SLA's en beschikbaarheidsgaranties van toepassing op deze netwerktopologie
- Met andere woorden, gemeente hoeft zich geen zorgen te maken over het netwerkbeheer (hetzelfde als netwerk voor mobiel)
Standaard
LoRaWAN
- Hoewel LoRA is overgenomen door verschillende particuliere bedrijven, systeemintegrators en consumenten, is het niet overgenomen door de grote telecomoperators. Dit is een van de grootste belemmeringen
Security
LoRaWAN
- Het LoRA-netwerk biedt standaard ISM-radiofrequentiebeveiliging. Het wordt vaak aangevoerd als onvoldoende voor openbare kritieke infrastructuur
Mobiele IoT
- Sterke netwerkbeveiliging op basis van wereldwijde 3GPP-standaarden
- Het blijft een wereldwijde standaard met de hoogste beveiligingsniveaus (met continue updates) vandaag in de branche
- Openbare kritieke infrastructuur zoals verkeerslichten, beveiligingscamera's en geldautomaten zijn voor de dagelijkse werking afhankelijk van het mobiele IoT-netwerk
Software- en beveiligingsupdates op afstand
LoRaWAN
- Door de (zeer) lage bandbreedte van het LoRA-netwerk is het vaak erg tijdrovend (het kan weken duren voor een OTA-update) of zelfs niet mogelijk (als het aantal LoRA-apparaten per gateway groter is)
- Het ontbreken van een snelle OTA-update wordt helaas beschouwd als een van de grootste risico's met betrekking tot op LoRA gebaseerde apparaten. In het geval van een inbreuk op de beveiliging kan deze afhankelijkheid onverwachte risico's met zich meebrengen
Mobiele IoT
- Door beschikbaarheid van goede bandbreedte en snelheid kunnen controllers op basis van mobiel netwerk (verspreid over stad of gemeente) binnen enkele minuten volledig automatisch worden geüpdatet
Complexiteit van installatie
LoRaWAN
- LoRA-netwerkgebaseerde straatlantaarns hebben meerdere gateways nodig
- Dit vereist een gedetailleerd netwerkontwerp (bijvoorbeeld hoeveel gateways er nodig zijn, waar ze moeten worden geïnstalleerd, is er een lijn van de site, enz.). Dit vraagt ook om specifieke kennis en expertise van het montageteam
- Het interventieproces, in het geval van een gatewaystoring, moet ook goed worden gedocumenteerd/gepland
Mobiele IoT
- Mobiel netwerk biedt een fysieke Gateway gratis installatie
- Beheerders (bijv NEMA or zhaga controller) kan worden 'geklikt' de bovenkant van de armatuuren ze maken automatisch verbinding met het Central Light Management System (LMS) via een lokaal mobiel communicatienetwerk
Connectiviteitskosten
LoRaWAN
- LoRA-netwerk wordt vaak op de markt gebracht als een "gratis" netwerk. Helaas is dit echter niet waar
- Als de gemeente een LoRA-netwerk in de stad aanlegt, dan is het de eigen verantwoordelijkheid om het netwerk te beheren, te monitoren en te onderhouden. Er moeten personeel en middelen worden geworven en opgeleid om de Gateways te beheren
- Terwijl als een lokale systeemintegrator of telecomoperator LoRA-connectiviteit aanbiedt, ze de netwerkconnectiviteit in rekening brengen. Dit zijn vaak verborgen kosten en moeten expliciet worden verduidelijkt
Mobiele IoT
- De kosten voor mobiele M2M/IoT-connectiviteit vormden een van de grootste belemmeringen voor de acceptatie van slimme straatverlichtingstoepassingen. Deze kosten zijn de afgelopen vijf jaar echter aanzienlijk gedaald.
- Tegenwoordig bieden verschillende MVNO's en lokale telecomoperators connectiviteit aan voor $ 15 tot $ 20 gedurende 10 jaar per controller-apparaat. Met andere woorden, er zijn geen maandelijkse abonnementskosten te betalen.
- Dit is een uitstekende nieuwe ontwikkeling in de branche. Daarom steeds meer slimme stadstoepassingen, waaronder slimme straatverlichtingsprojecten, zijn begonnen met het gebruik van een mobiel IoT-netwerk.
Conclusie
Te gebruiken zowel Mobiel IoT en LoRaWAN hebben hun eigen verdiensten bij het overwegen van de slimme straatverlichting toepassing.
LoRaWAN-voor- en nadelen voor slimme straatverlichting
LoRaWAN is geschikt voor consumenten- en professionele toepassingen die langeafstandscommunicatie vereisen en waarbij de apparaten op batterijen werken. Het is ook geschikt waar de communicatievertragingen (hoge latentie) en beveiligingsaspecten minder belangrijk zijn.
Het acceptatiepercentage van LoRaWAN voor openbare kritieke infrastructuur (zoals verkeerslichten, waterpompen, CCTV, geldautomaten, enzovoort) is in de meeste landen echter laag. Dit wordt vooral gedreven door:
– De verantwoordelijkheid en de kosten van het bezit (en onderhoud) van het LoRaWAN-netwerk en de LoRa Gateways gedurende meerdere jaren.
- Beveiligingsrisico's geassocieerd met het werken op niet-gelicentieerde bandbreedtes, evenals beperking van software-update van het apparaat. Dit kan ernstige gevolgen hebben in het geval van een netwerk inbreuk.
Straatverlichting valt onder openbare kritieke infrastructuur. Ze moeten betrouwbaar functioneren om de openbare veiligheid te waarborgen. De afgelopen 5 tot 10 jaar hebben verschillende gemeenten geprobeerd om LoRaWAN te gebruiken voor slimme straatverlichtingstoepassingen. Dit geldt ook voor een aantal gemeenten in Europa. Veel van deze gemeenten in Europa hebben echter het op LoRaWAN gebaseerde slimme straatverlichtingsproject gesloten of zijn overgestapt op een betrouwbare netwerkoptie. Dit is voornamelijk te wijten aan de technische en beveiligingsproblemen.
Mobiele IoT-voor- en nadelen voor slimme straatverlichting
Mobiele IoT netwerk wordt tegenwoordig door miljarden apparaten gebruikt. Beheerd door wereldwijd normalisering en beveiligingsallianties, biedt Cellular IoT een van de bekendste veiligheid standaard vandaag beschikbaar. Mobiele connectiviteit wordt zowel gebruikt door consumenten (smartwatches, mobiele telefoons), professionals (slimme meters, industriële machines). openbare kritieke infrastructuur (energienetwerken, verkeerslichten, waterpompen, geldautomaten, CCTV) toepassingen.
In het verleden waren de eigendomskosten een van de belangrijkste belemmeringen voor het gebruik van Cellular IoT, omdat er één simkaart / esim per controller nodig is. Deze kosten zijn de afgelopen 5 – 8 jaar echter aanzienlijk gedaald. Tegenwoordig bieden verschillende MVNO's en lokale telecomoperators een mobiele IoT-verbinding aan voor US $ 15 - $ 20 met een all-inclusive dekking voor 10 jaar. Dat betekent US $ 1.5 - $ 2 voor all-inclusive connectiviteit voor een jaar. Bovendien hoeft de gemeente zich geen zorgen te maken over netwerkplanning of het onderhouden van de lokale Gateways gedurende meerdere jaren.
Daarom hebben we vastgesteld dat steeds meer steden over de hele wereld adopteren Mobiele IoT voor hun slimme straatverlichtingsprojecten. Onderzoek laat zien dat dit trend wordt vervolgd.
Vragen?
Slimme straatverlichting bieden duidelijk veel voordelen. Het is een de facto standaard geworden in veel nieuwe LED-straatverlichtingsinstallaties over de hele wereld. We hopen dat dit artikel u technische en commerciële inzichten heeft gegeven bij het kiezen tussen LoRaWAN en Cellular IoT voor slimme straatverlichting en slimme steden.
Heeft u vragen of feedback? Meer weten? Neem dan gerust contact met ons op via info@tvilight.com.