Сравнение трех технологий: LoRa, NB-IoT и Sigfox

Широкомасштабное применение Smart City привело к внедрению различных беспроводных технологий, которые являются основой IoT. Особой популярностью среди них пользуются LoRa, NB-IoT и Sigfox.

В задачи интернет-устройств входит обмен данными. Их структура объединяет подключенные к сети устройства, серверы, приложения IoT и так далее

Что представляют собой беспроводные технологии?

LoRa, NB-IoT и Sigfox относятся к категории маломощных технологий глобальной сети LPWAM.

LoRa и Sigfox — несотовые технологии, NB-IoT— сотовые. И
у каждой из них имеются как сильные, так и слабые стороны. Но всем им отведена определенная роль в пространстве IoT в зависимости от цели использования. Понимание их плюсов и минусов позволяет выбрать оптимальное решение.

Однако главной проблемой остается подключение. Особенно этот вопрос актуален для промышленных предприятий, офисов и филиалов, расположенных в удаленных и сложных с точки зрения коммуникаций местах. В таких случаях традиционное подключение к сети нерационально. Во-первых, пользователь столкнется с невозможностью покрытия сети. Во-вторых, не хватит мощности для развертывания IoT-приложений.

К примеру, Bluetooth подходит для приложений с малым радиусом действий. Беспроводное
подключение Wi-Fi и мобильная связь не подойдут для функционирования датчиков IoT с
автономным питанием.

Для чего предназначена LPWAN?

Технология подходит для приложений и датчиков, которым приходится отправлять небольшой объем информации на длинные расстояния. Передача данных может происходить из разных сред. При этом данные передаются не бесконечным потоком, а всего несколько раз в день.

LPWAN-технологии созданы специально для взаимодействия между машинами M2M и интернета вещей.

Плюсы технологии

К преимуществам относят следующие:

• Снижение затрат на развертывание сети.
• Высокий уровень энергоэффективности по сравнению со стандартными мобильными сетями.
• Поддержка большого количества устройств/пользователей в обширной зоне. Это достигается за
  счет того, что устройства, которые используют LPWAN-технологию, менее сложны по структуре, чем те, которым требуется высокая скорость передачи данных. К примеру, смартфоны используют сотовую сеть, которая помогает передавать изображения и видео, и относятся к сложным системам, которым требуется высокая скорость передачи данных.
• Технология подходит для приложений, задействованных для нечастой доставки коротких или маленьких по объему сообщений по восходящим линиям связи. То есть LPWAN позволяет использовать в IoT-устройствах дешевые компоненты. Кроме того, продлевается срок службы аккумуляторных батарей.

К особенностям можно отнести и то, что Sigfox и LoRa работают на базе отдельных станций, которые не соприкасаются со станциями сотовой связи. Также обе технологии отдалены друг от друга.

Почему обслуживание LPWAN стоит дешево?

LPWAN не рассчитана на высокую скорость передачи данных и на большие объемы информации. Значит, устройства потребляют меньше энергии для связи, и цена
обслуживания будет ниже.

Использование этой технологии решает проблему энергии. Батарея смартфона разряжается даже в режиме ожидания. Сетевая связь работает даже кода телефон не загружен тяжелыми задачами.

Приложения и гаджеты, которые обмениваются данными по LPWAN, могут автономно работать в течение 5 лет и более. При снижении потребления связи автономность работы продлевается.

Подробнее о Sigfox, LoRa и Nb-IoT

Для обмена информацией используются разные сети: беспроводная Wi-Fi, Bluetooth, 4G, 5G и проводной интернет. Все эти сети отправляют большие массивы данных, что увеличивает потребление энергии и требует постоянного подключения к источнику питания.

Если Wi-Fi передает информацию на короткие расстояния, то сети LPWAN рассчитаны на большие расстояния. Как отмечено выше, различия скрываются и в мощности, и в энергопотреблении.

Sigfox, LoRa и NB-IoT — это сети, которые передают данные с устройств в интернет. Скорость невысокая, но и потребление энергии низкое. Сети позволяют взаимодействовать различным интеллектуальным приборам между собой, общаться посредством глобальной сети. Расстояние между датчиками может составлять 5 км. Такие сети не нуждаются в дополнительных источниках питания. Достаточно обычной аккумуляторной батареи, рассчитанной на несколько лет работы.

Общая черта у этих технологий — все они подключаются к отдельной базовой станции и сетевым антеннам.

NB-IoT — сотовая технология, которая использует сеть для уже развернутой мобильной связи. Такие сетевые решения не обходятся без обновления ПО.

Передача данных в сотовых технологиях происходит на платных частотах. То есть, чтобы пользоваться услугами сети, пользователю придется заплатить, а провайдеру — купить лицензию на использование определенной частоты.

Sigfox и LoRa — несотовые технологии. Они построены отдельно. Клиенты используют бесплатные частоты для передачи данных.

Еще одно различие — это различие между антеннами и базовыми станциями. Для NB-IoT характерна работа на высоких и низких скоростях. Для сети используются те же антенны и базовые станции, что для 4G/5G. В Sigfox и LoRa передача происходит только на низкой скорости, а владение базовыми станциями дешевле, чем для 4G/5G.

Плюсы и минусы Sigfox

Преимущества:

• Дешевые радиоустройства. Низкая цена развертывания и обслуживания.
• Не требуется двусторонняя связь для радиопротокола.
• Безопасность поддерживается за счет повторения сигналов от нескольких базовых
  станций.
• Расширенный диапазон сигнала.
• Упрощенный роуминг между странами.

Минусы

• Для владения Sigfox требуется построение сетей с нуля. Для сотовых технологий такое условие не требуется, так как они представляют собой обновленную прошивку для базовой станции с определенными аппаратными возможностями.
• Из-за того, что радиопротокол работает с нелицензируемыми частотами, он может не подходить для определенных приложений, так как они должны контролировать используемые радиочастоты.
• Отсутствие двусторонней связи. Это приводит к тому, что передаваемые сообщения не подтверждаются.

Sigfox обеспечивает качественную бесперебойную связь между странами. Технология популярна среди приложений логистики.

Плюсы и минусы LoRa

Преимущества:

• Низкое энергопотребление в сравнении с технологиями-конкурентами.
• Использование небольших по размеру устройств, что важно для определенных приложений интернета вещей.
• Возможность настройки частной сети.

Минусы:

• Технология ограничена для использования в общенациональном масштабе.
• Сложности с роумингом между разными сетями LoRa. Это связано с тем, что поставщики сетевых серверов могут быть разными, а значит, происходит ограничение логистических приложений.
• Отсутствие двусторонней связи. Это приводит к тому, что передаваемые сообщения не подтверждаются.

Кроме того, LoRa имеет слабый диапазон сигнала, что также накладывает ограничения на применение технологии.

Однако экосистема Long Range считается обширной. Цифровая технология беспроводной передачи данных интернета вещей была разработана во Франции, где и стала одной из первых общенациональных сетей. Проекты Long Range популярны и в других странах Европейского Союза.

Плюсы и минусы NB-IoT

Преимущества:

• NB-IoT работает на базе существующей инфраструктуры.
• Простое развертывание и обслуживание.
• Технологией управляют компании, которые давно поставляют услуги для отрасли телекоммуникаций.
• Обеспечение надежной двусторонней связи. Этот плюс важен для определенных приложений, которые не могут пропускать даже поздние сообщения.

Минусы:

• Совместимость с ограниченным количеством приложений.
• Невозможность обеспечить мобильность по всему миру.
• Совместимость со статическими активами. То есть технология подходит для датчиков и счетчиков, установленных стационарно.
• Высокая цена на базовые станции, что ограничивает клиентов в увеличении сетевой плотности.

NB-IoT больше подходит для простого телекоммуникационного оборудования, которое подключается к провайдеру сети через лицензированную частоту.

NB обеспечивает узкополосную связь. Используется для обслуживания оборудования с низкой скоростью передачи данных. Таким клиентам требуется подключение к мобильной сети. Часто оборудование работает автономно от батареи без подключения к электросети.

Из особенностей технологии также отмечают:

• Использование модуляции OFDM.
• Использование сложной электроники (чипов).
• Работа с простыми приложениями интернета вещей, а не с IP-протоколами. То есть клиент использует IoT для отправки/получения небольшого объема данных и приложений для нечастого использования в целях связи.

В отличие от предыдущих конкурентов, NB-IoT обладает более высокой скоростью модуляции. А значит, система позволяет обрабатывать больший объем данных. Но клиент не может подключаться к IP-сетям и использовать их точно так же, как для смартфона.

Выбор технологии в зависимости от потребностей

Пользователь должен определиться, какие приложения он будет использовать, и какую информацию будет получать. Такой подход позволяет выбрать сеть в соответствии с потребностями. Также необходимо поинтересоваться, есть ли у провайдера сеть там, где пользователь будет работать или находиться.

Во многом успешность развертывания сетей зависит от провайдера, доступности определенных каналов.

Гибкостью отличается LoRa. Оператор может предоставить эту сеть или клиент сам покупает базовую станцию. Оборудование LoRa стоит дешевле Wi-Fi-маршрутизатора. При этом скорость передачи данных может быть выше.

Стоит учитывать, что самой низкой скоростью передачи данных обладает Sigfox. К примеру, размер сообщения не может превышать 24 байта. У NB-IoT объем передаваемого сообщения составляет около 512 байт.

Также при использовании Sigfox вы не будете знать, доставлено ли сообщение, так как двусторонняя связь отсутствует. Однако для интеллектуальных счетчиков воды и приложений, которым приходится редко и мало передавать информацию, Sigfox подойдет.

Если требуется не только передача сигнала, но и получение ответа, то выбирают LoRa или NB-IoT.

В выборе учитывают и бюджет. Цена технологии может снизиться или возрасти. В среднем операторы готовы предлагать свои услуги за несколько евро в год. При этом итоговая цена зависит от количества оборудования, которое будет подключено к сети.

Лучшее решение выбирают с учетом слабых и сильных сторон приложения, целей, которые ставит клиент. Поэтому перед развертыванием сети рекомендуется консультация с компаниями, имеющими многолетний опыт работы с IoT.