Công nghệ mạng LPWAN – Low Power Wide Area Network có bốn công nghệ chính: LoRa, Sigfox, NB-IoT, LTE-M. Bốn công nghệ này đã và đang được nghiên cứu và áp dụng ở các quốc gia. Thực tế, tùy vào ứng dụng mà áp dụng mạng LPWAN cụ thể nào. Bài viết này sẽ so sánh về mặt lý thuyết giữa các công nghệ trong mạng LPWAN.

Xem thêm:

Các-công-nghệ-lpwan
Các công nghệ lpwan

So Sánh Giữa Các Công Nghệ Trong Mạng LPWAN

1. Băng tần và tốc độ dữ liệu

Hầu hết các công nghệ mạng LPWAN đều sử dụng băng tần phụ 1 GHz. Bởi vì nó cung cấp chất lượng tín hiệu tốt hơn tại vùng phủ sóng rộng hơn.

  • Công nghệ NB-IoT và LTE-M hoạt động ở dài tần cần cấp phép. Trong khi LoRa và Sigfox thì hoạt động ở dải tần không cần cấp phép ISM band.
  • NB-IoT sử dụng băng hẹp 200 KHz ở chế độ stand alone, và 180 KHz cho in-band và guard band. Băng thông này phù hợp với kích thước các block của mạng LTE hay GSM hiện có.
  • Bảng 1 so sánh giữa các công nghệ trên theo: phổ tần số, băng thông hay tốc độ truyền.
So Sánh Băng Tần - Phổ Các Công Nghệ Trong LPWAN
So Sánh Băng Tần – Phổ – Tốc Độ Truyền Giữa Các Công Nghệ Trong Mạng LPWAN

2. Độ bao phủ – tiêu thụ năng lượng

NB-IoT và LTE-M được 3GPP chuẩn hóa. Nhằm mục đích giảm mức tiêu thụ năng lượng và đạt tuổi thọ 10 năm. Năng lượng tiêu thụ liên quan trực tiếp tới phạm vi phủ sóng, tải trọng tối đa cho phép. Bảng 2 cho thấy phạm vi phủ sóng của từng công nghệ. Tất cả các công nghệ trên đều đạt được độ bao phủ tối đa ở ngoài trời. Tuy nhiên ở môi trường trong nhà thì khác:

  • Trường hợp tổn hao 20 dB – độ suy hao bình thường. NB-IoT và LTE-M đáp ứng 1% khả năng mất kết nối so với 2% của LoRaWAN.
  • Đối với tổn hao 30 dB cho các trường hợp tường sâu hay tầng hầm. NB-IoT là 8%, Sigfox 13%, LoRa 20%.

Yêu cầu về cùng phủ sóng cũng được thõa mãn các ứng dụng. Sự phù hợp phụ thuộc vào khu vực triển khai. Trong các trường hợp bị suy hao nhiều nên sử dụng NB-IoT hay LTE-M. Những vùng rộng hơn, phủ sóng của 4G/LTE còn hạn chế nên sử dụng LoRa hay Sigfox.

So Sánh Kỹ Thuật Điều Chế - Tuổi Thọ Pin
So Sánh Kỹ Thuật Điều Chế – Tuổi Thọ Pin của các kĩ thuật trong mạng LPWAN

3. Chất lượng dịch vụ – độ trễ

Các công nghệ trên đều có thể cung cấp chất lượng dịch vụ cao. Tuy nhiên NB-IoT và LTE-M có ưu điểm hơn LoRa và Sigfox là sử dụng phổ tần được đăng kí. NB-IoT và LTE-M sử dụng giao thức đồng bộ có các khe thời gian. Điều này để đảm bảo chất lượng dịch vụ. Trong LoRa và Sigfox kết nối tới nhiều gateway giúp chọn được gói tin tốt nhất. Sigfox còn sử dụng ba kĩ thuật phân tập để đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt.

Độ trễ được định nghĩa là. Khoảng thời gian trễ từ khi thực hiện truyền từ thiết bị cuối đến các trạm cơ sở. NB-IoT và LTE-M được coi như có độ trễ thấp vì có sự đồng bộ hóa thường xuyên.

  • LTE-M cung cấp độ trễ từ 10-15ms
  • NB-IoT từ 6-10s,
  •  LoRa từ 1-10s
  • Sigfox có độ trễ là 1-30s.

Nên chọn NB-IoT và LTE-M cho ứng dụng yêu cầu dịch vụ cao, độ trễ thấp. Ngược lại nên chọn LoRa và Sigfox.

4. Tính di động của các công nghệ mạng LPWAN

LTE-M hỗ trợ sự di động cho các thiết bị cuối thông qua đồng bộ với các trạm cơ sở. Tương tự như mạng LTE. NB-IoT thì không hỗ trợ cho các thiết bị ở trạng thái kết nối. Thiết bị sẽ chuyển sang ở chế độ không tải, sau đó thực hiện chuyển giao và kết nối lại.

LoRa và Sigfox hỗ trợ tính di động hoàn toàn. Vì một thiết bị có thể kết nối với nhiều gateway. Nếu một thiết bị cuối di chuyển, chỉ chọn tín hiệu tốn nhất trong các tín hiệu từ các gateway. Thiết bị không cần chuyển giao. Chuyển giao được hiểu ngắn gọn là. Quá trình chuyến đổi kết nối của thiết bị từ trạm phát sóng này sang trạm khác. Tham khảo thêm tại đây.

Quá trình chuyển giao trong viễn thông
Quá trình chuyển giao trong viễn thông

Khả năng định vị ở trên LoRa và Sigfox phụ thuộc vào các gateway. Không có GPS nên cung cấp dịch vụ định vị không chính xác. Ngược lại, LTE-M và NB-IoT dựa trên GPS cung cấp khả năng định vị chuẩn xác tốt.

5. Chi phí sử dụng giữa các công nghệ mạng LPWAN

Các công nghệ IoT ở trên, được nhắc tới với chi phí thấp với các thiết bị cuối. Tuy nhiên không chỉ có chi phí thiết bị cuối mà còn các khía cạnh khác. Chi phí module của LoRaWAN và Sigfox thấp hơn so với NB-IoT và LTE-M. Vì độ phức tạp của nó đơn giản hơn. Độ phức tạp có thể thay đổi theo yêu cầu nên dẫn tới giá có thể thay đổi theo. Chi phí sử dụng mạng cũng được tính đến trong quá trình sử dụng. Nhưng phụ thuộc vào các nhà cung cấp dịch vụ mạng. Bên cạnh đó còn phụ thuộc vào sử dụng mạng công cộng hay mạng nội bộ. Bảng 3 thể hiện sự so sánh chi phí LoRa, Sigfox, NB-IoT mang tính tham khảo.

So sánh chi phí sử dụng giữa các công nghệ LPWAN
So sánh chi phí giữa các công nghệ LPWAN

Một số thành phố cung cấp mạng LoRaWAN miễn phí. Tuy nhiên việc triển khai lại tốn phí như các trạm gateway có giá 100-1000$/gateway như bảng. Nhưng trong mạng IoT cho công nghiệp, thương mại thì khác. Mạng cần được bảo mật, riêng tư, có độ tin cậy cao. Chi phí sử dụng trong mạng của Sigfox thấp hơn NB-IoT và LTE-M vì lưu lượng mạng thấp. NB-IoT và LTE-M cần phải trả chi phí cho lưu lượng mạng khi sử dụng chung mạng LTE.

Kết Luận

Như vậy, thông qua bài viết tôi đã so sánh các công nghệ trong mạng LPWAN. Để từ đó lựa chọn các mạng LPWAN sao cho phù hợp với các ứng dụng IoT tương ứng. Thực tế, điều đó phụ thuộc vào mục đích triển khai, khả năng chi trả của các công ty. Hiện tại tình hình triển khai mạng LPWAN vào thực tế như thế nào. Tình hình triển khai mạng LPWAN trên thế giới và Việt Nam sẽ được viết ở bài sau.


Nguyễn Viết Thống

Phone/zalo: 0932 53 43 73

Mail: Thongnv22@Bff-tech.com

Thongnv22@gmail.com

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

ZALO CHAT