آشنایی با مهمترین پروتکل‌های ارتباطی شهر هوشمند; قسمت اول

یکی از پیش نیازهای اساسی هوشمندسازی شهرها، ایجاد بسترهای ارتباطی مورد نیاز برای ایجاد ارتباط بین اشیا، سنسورها و محرک‌ها در یک شهر است. دو فاکتور اساسی برای یک پروتکل ارتباطی در ابعاد شهر، مصرف پایین انرژی و دامنه بالای آن است. در این مطلب سه پروتکل مهم و شناخته شده این اکوسیستم مورد بررسی و مقایسه قرار خواهد گرفت.

درحالیکه تعداد دستگاه‌های متصل به هم، همچنان در حال افزایش است (و انتظار می‌رود تا سال 2030 به 125 میلیارد واحد برسد)، بلوغ فناوری‌های بی‌سیم که از این لوازم پشتیبانی می‌کنند نیز همچنان در سطح جهانی توجه زیادی را به خود جلب می‌کند. فناوری‌هایی همچون NB-IOT (Narrowband IOT)، LoRa و Sigfox و به طور کلی تمام تکنولوژی‌های شبکه‌های دامنه بالا- مصرف پایین یا (LPWAN)، اغلب در رقابتی تنگاتنگ برای کسب جایگاه اول، روبروی هم قرار گرفته‌اند؛ اما این لزوماً تصویری دقیق از یک اکوسیستم ارتباطی نمی‌باشد. هر کدام از این تکنولوژی‌ها (یا حداقل LoRa و NB-IoT) احتمالاً متناسب با نوع استفاده، نقش مهمی را در فضای IoT بازی خواهند کرد، لذا شناخت ویژگی‌ها و تفاوت‌های هر یک، بسیار مهم است.

Narrowband IoT

NB-IoT ابتکاری جدید است که توسط هولدینگ شرکتهای نسل سوم یا (3GPP)، که سازمانی برای استانداردسازی سیستم‌های تلفن همراه می‌باشد، ارائه شده است. این فناوری برای پشتیبانی کردن از دستگاه‌های با سرعت بسیار پایین که نیاز به اتصال به شبکه‌های تلفن همراه دارند و انرژی آنها اغلب توسط باتری تأمین می‌شود، استفاده می‌شود. به عنوان استانداردی برای شبکه‌های موبایل، هدف NB-IoT این است که دستگاه‌های مجهز به اینترنت اشیا IoT را برای سازگاری و امنیت بیشتر، استاندارد کند.

از آنجاییکه NB-IoT یک تکنولوژی بی‌سیم از خانواده شبکه‌های تلفن همراه می‌باشد که از مدولاسیون OFDM استفاده می‌کند و تراشه‌ها پیچیده‌تر هستند، مقادیر دریافتی- ارسالی در یک شبکه ارتباطی یا link budget، بهتر عمل می‌کنند. این به این معناست که کاربران سطح بالایی از عملکرد شبکه‌های سلولی تلفن همراه را دریافت می‌کنند، اما به قیمت پیچیدگی و مصرف انرژی بیشتر.

NB-IoT ابزاری است برای ارسال و دریافت مقادیر کمی از داده‌ها - چند ده یا صد بایت داده تولید شده در روز توسط دستگاه‌های IoT- می‌باشد. این فناوری مانند Sigfox و LoRa مبتنی بر پیام است، اما با سرعت بسیار بیشتر، که می‌تواند مقادیر داده‌های بیشتری را نسبت به آن دو تکنولوژی، مدیریت کند. اما NB-IoT یک پروتکل ارتباطی مبتنی بر IP نیست مانند LTE-M (یکی دیگر از تکنولوژی‌های دامنه بالا- مصرف پایین شبکه‌های تلفن همراه مربوط به کاربردهای IoT). در واقع با این پروتکل نمی‌توانید به یک شبکه IP متصل شوید و انتظار داشته باشید که آن را همانطور که با گوشی هوشمند به کار می‌برید، استفاده کنید. این فناوری برای کاربردهای ساده در اینترنت اشیا ساخته شده است و مصرف انرژی کمتری نسبت به LTE-M (که برای پهنای باند بالاتر یا برنامه‌های کاربردی تلفن همراه و رومینگ مناسبتر است) دارد؛ اما برای دریافت و ارسال اطلاعات به صورت منقطع یا گسسته، طراحی شده است.

در توسعه NB-IoT، عناصر سیاسی، سازمانی و جغرافیایی بسیار دخیل هستند، برای آشنایی فنی بیشتر به مقاله Nick Hunn به نام NB-IoT is Dead. Long Live NB-IoT، مراجعه کنید. در این مقاله اشاره شده است که استانداردهای (3GPP) برای NB-IoT دارای دو شرکت کننده اصلی می‌باشد: هولدینگ هوآوی / وودافون در مقابل اریکسون / نوکیا / اینتل. علاوه بر این، اریکسون اعلام کرده است که زیرساختهای 4G قدیمی مستقر روی Alcatel با NB-IoT سازگار نیست. این به این معنی است که هزاران ایستگاه در ایالات متحده باید برای پشتیبانی از NB-IoT تغییر یابد. با کمک این زیرساخت‌های جدید اکثر ایستگاهای ایالات متحده به فناوری LTE-M تجهیز خواهند شد.

بنابراین NB-IoT برای دستگاه‌هایی مناسب است که برای ارتباط بین اجزاء، از شبکه‌هایی استفاده می‌کنند که نیاز به مجوز دارد. این فناوری در حال حاضر تنها در اروپا آزمایش و تست شده است و به طور گسترده در دسترس نمی‌باشد و فقط توسط تعداد کمی از اپراتورها در اروپا، که در حال انجام آزمایشاتی در این زمینه هستند استفاده می‌گردد. اگر شما تحت سرویس‌های شرکت Sigfox فعالیت کنید، متوجه خواهید شد که این گونه اقدامات برای جهت دادن بازار و توسط 3GPP، انجام می‌گردد. 

مزیتهای NB-IoT

• پوشش شبکه بسیار خوب خواهد بود. دستگاه‌های مبتنی بر NB-IoT بر روی شبکه 4G کار می‌کنند، به طوری که به خوبی در فضاهای داخلی و مناطق متراکم شهری کار می‌کنند.
• زمان پاسخگویی سریعتری نسبت به LoRa دارد و می‌تواند کیفیت بهتر خدمات را تضمین کند.

معایب NB-IoT

• انتقال فایل‌ها دشوار می‌باشد و برخی از ویژگیهای NB-IoT منجر به این می‌گردد که ارسال حجم بالایی از اطلاعات به یک دستگاه سخت خواهد شد.
• به دلیل وجود محدودیتهایی خاص (Network and tower handoffs problems)، این نوع شبکه‌ها برای دستگاه‌های در حال حرکت مناسب نیست و برای تجهیزاتی مانند ابزارهای اندازه گیری و سنسورها که در یک مکان ثابت هستند بسیار مناسبتر از لوازم در حرکت هستند.

ادامه دارد ...