NB-IoT مقابل LTE-M: ما هي الاختلافات؟

شبكة منطقة واسعة منخفضة الطاقة منخفضة الطاقة (LPWAN) هو مجال ناشئ في تحقيق تطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) الضخمة. تعد LTE-M و NB-IoT من أكثر تقنيات LPWAN الخلوية شيوعًا في السوق لتحقيق تطبيقات LPWAN. في هذه المقالة، سنقدم بإيجاز كلاً من NB-IoT و LTE-M والاختلافات الرئيسية بينهما لاتخاذ قرار تصميم حل LPWAN الخاص بك. 

ما هو إنترنت الأشياء الجديد؟ 

هذه تقنية LPWAN تتيح نطاقًا تردديًا محدودًا، تم تطويرها بواسطة 3GPP للاتصال الخلوي اللاسلكي المشترك 1TP14 الخلوي وتمكين تطبيقات إنترنت الأشياء الضخمة عبر شبكة واسعة النطاق. وهو أحد معايير 3GPP الثلاثة الرئيسية التي تم تقديمها للمساعدة في تحقيق تطبيقات إنترنت الأشياء الضخمة. ويهدف إلى شبكات ذات طاقة منخفضة وتغطية عميقة يصل مداها إلى 20 كم. كما أنها مُحسَّنة لتحسين زمن الاستجابة الذي يصل إلى 10 ثوانٍ. على الرغم من أن معيار NB-IoT يعمل في طيف التردد المرخص، تم تحسينه لتقليل التداخل والسماح لأجهزة إنترنت الأشياء الضخمة ذات الإنتاجية المنخفضة. يمكنك الاطلاع على مزيد من التفاصيل في مقالنا السابق عن ما هو إنترنت الأشياء الجديد? 

ما هو LTE-M؟ 

كما ذُكر أعلاه، فإن كلاً من LTE-M وNB-IoT هما تقنيتان تعتمدان على شبكة LPWAN الخلوية التي قدمتها الشراكة العالمية 3GPP. يمكن اعتبار LTE-M أو التطور طويل الأمد للآلات امتدادًا لـ 4G-LTE مقدمة لتحقيق من آلة إلى آلة (M2M) المشترك (M2M) وتطبيقات إنترنت الأشياء الضخمة. وعلى غرار إنترنت الأشياء، يهدف LTE-M إلى نقل أجزاء صغيرة من البيانات التي تتطلب نطاقًا تردديًا كبيرًا عبر الإنترنت من الأجهزة الطرفية المدعومة بالموارد. على عكس NB-IoT، الذي يقتصر نطاقه على مسافة 20 كم، يمكن لـ LTE-M التعامل مع مسافات طويلة محدودة بالتغطية التي توفرها شبكة 4G-LTE. يمكنك أيضاً معرفة المزيد عن LTE-M في مقالنا السابق, ما هو LTE-M? 

الاختلافات بين NB-IoT وLTE-M 

والآن، أصبح لدينا فهم موجز عن إنترنت الأشياء NB-IoT وLTE-M، ويمكننا الآن أن نستعرض بإيجاز بعض الاختلافات الرئيسية بين إنترنت الأشياء NB-IoT وLTE-M. 

تم إصدار بروتوكول LTE-M في الإصدار 13 من قبل 3GPP في عام 2016 وكان يستهدف الاتصال من آلة إلى آلة بشكل مشترك 1TP14. ويشار إليه أيضًا باسم بروتوكول Cat-M. على الرغم من أنه تم تقديم NB-IoT أيضًا في الإصدار نفسه، إلا أنه تم توسيعه وصياغته في الإصدارين 14 و15. ولهذا السبب، يُعرف أيضًا باسم بروتوكول Cat-M2. كان السبب الرئيسي لإدخال بروتوكول NB-IoT هو عدم قدرة بروتوكول LTE-M على تلبية متطلبات LPWAN. 

هناك اختلاف رئيسي آخر يتمثل في عرض النطاق الترددي المخصص لنقل البيانات في كلتا التقنيتين. فتقنية NB-IoT تخصص نطاقًا تردديًا ضيقًا فقط لنقل البيانات، وذلك للأجهزة ذات الإنتاجية المنخفضة. وبالمقارنة، تخصص تقنية LTE-M نطاقًا تردديًا كبيرًا لنقل البيانات للأجهزة منخفضة الإنتاجية. 

تعتمد البنية التي يعتمد عليها LTE-M بقوة على التقنيات السابقة القائمة على بروتوكول الإنترنت الخلوي مثل 4G-LTE. ومع ذلك، تعتمد تقنية إنترنت الأشياء الجديدة على نظام الحزمة المتطورة (EPS) وهي مُحسّنة لتمكين تطبيقات إنترنت الأشياء الخلوية. وعلاوة على ذلك، يمكن نشر الأجهزة المتصلة بتقنية LTE-M داخل النطاق فقط، مما يعني أن هذه الأجهزة قادرة فقط على استخدام كتل الموارد داخل ناقل LTE العادي. وعلى النقيض من ذلك، يمكن لإنترنت الأشياء بتقنية NB-IoT استخدام كتل الموارد غير المستخدمة داخل نطاق حراسة ناقلات LTE أو ناقلات مستقلة لنشر الأجهزة. وهذا يزيد نظرياً من عدد الأجهزة التي يمكن توصيلها بشبكة معينة حتى 200,000 جهاز لكل خلية. 

يدعم كل من LTE-M وNB-IoT كلاهما تقنية eDRX (الاستقبال المتقطع الممتد) وPSM (وضع توفير الطاقة)، مما يساعد على إطالة عمر بطارية الأجهزة المتصلة. لذلك، من الصعب الاختيار بين NB-IoT و LTE-M عندما يتعلق الأمر بتقنية توفير الطاقة الفعالة. ومع ذلك، تشير العديد من المسارات الميدانية إلى أن تقنية LTE-M هي الأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة في نطاق التشغيل العادي، بينما تعد تقنية NB-IoT أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة في نطاق التشغيل الأطول مع وجود العديد من التداخلات والتغلغل في البيئة. وتجدر الإشارة أيضاً إلى أن تقنية LTE-M مثالية لعمليات نقل البيانات الكبيرة التي تتطلب قدرة منخفضة للطاقة. 

هناك مقياس مهم آخر مهم في مقارنة تقنيات LPWAN الخلوية وهو التنقل. وهي قدرة الشبكة على تلبية احتياجات الأجهزة المتنقلة التي تتحرك بسرعات واتجاهات مختلفة. لا تدعم تقنية NB-IoT عملية التسليم، مما يجعل من المستحيل على الأجهزة توصيل المحطات الأساسية أثناء الحركة. في المقابل، فإن شبكة LTE-M المبنية على شبكة الجيل الرابع 4G-LTE قادرة على التعامل مع عملية تسليم الخلية والتسليم داخل السيارة. ولذلك، فإن تقنية LTE-M هي الأنسب للتطبيقات التي تتطلب درجة عالية من الحركة، بينما لا تتمتع تقنية إنترنت الأشياء الجديدة إلا بقدرة محدودة على التعامل مع الأجهزة الطرفية الثابتة فقط. كما أن ميزة التسليم هذه تجعل LTE-M الأفضل للتعامل مع تحديثات البرامج الثابتة والبرمجيات حيث يمكن للأجهزة الاتصال بالشبكة على الرغم من الموقع والحركة. 

عند النظر إلى سرعة بيانات LTE-M وNB-IoT، فإن LTE-M يتمتع بسرعات بيانات أعلى. بالنسبة للوصلة النازلة، يمكن أن يوفر LTE-M سرعات بيانات تصل إلى 1 ميجابت/ثانية بينما يوفر NB-IoT سرعات بيانات تصل إلى 26 كيلوبت/ثانية. بينما، بالنسبة إلى نقل بيانات الوصلة الصاعدة، يمكن أن يوفر LTE-M سرعات بيانات تصل إلى 1 ميجابت/ثانية بينما يوفر إنترنت الأشياء منخفض الكثافة سرعات بيانات تصل إلى 66 كيلوبت/ثانية. في حالة سرعات البيانات، يمكن أن يوفر LTE-M سرعات كبيرة وهو خيار جيد بشكل خاص للتطبيقات المتعطشة للبيانات. 

التوافر العالمي عامل حاسم في نشر تطبيقات إنترنت الأشياء. وتتوفر تقنية LTE-M، التي تعتمد على البنية التحتية السائدة لتقنية الجيل الرابع 4G-LTE، على نطاق عالمي ويمكن نشرها بسهولة. ومع ذلك، لا يمكن دعم NB-IoT إلا من خلال عدد محدد من البنى التحتية الخلوية.  

الميزة الأكثر إثارة للاهتمام في تقنية LTE-M هي القدرة على التعامل مع الرسائل الصوتية وإمكانية الاحتفاظ بشريحة eSIM. يتيح ذلك للمستخدم نشر تطبيقات إنترنت الأشياء المحددة التي تتطلب دعمًا صوتيًا على مدى بعيد. 

مزايا وعيوب تقنية NB-IoT و LTE-M 

والآن بعد أن فهمنا بإيجاز الاختلافات بين تقنية إنترنت الأشياء منخفض الكثافة (NB-IoT) وتقنية LTE-M، دعونا نبحث في بعض مزايا وعيوب هاتين التقنيتين المستندة إلى شبكات LPWAN الخلوية. وبشكل أكثر تحديدًا سنبحث في المزايا الرئيسية لكل تقنية، وبالتالي تسليط الضوء على إحداهما على الأخرى. 

الفوائد الرئيسية لتقنية إنترنت الأشياء الجديد 

• استهلاك منخفض للطاقة، مثالي للتطبيقات التي تتطلب درجة عالية من الاختراق 
• نطاق تشغيل محسّن 
• انخفاض تكلفة النشر 
• يستخدم تعديل DSSS وسهل التنفيذ لأنه يعتمد على الوصول المتعدد بتقسيم التردد أحادي الناقل 
• عمر بطارية ممتد 
• عملية قائمة على الرسائل 
• يمكن أن تدعم العديد من الأجهزة 

العيوب الرئيسية لتقنية إنترنت الأشياء

• لا يمكن التعامل مع تسليم الخلية 
• سرعات بيانات منخفضة 
• لا يمكن التعامل مع الرسائل الصوتية 

الفوائد الرئيسية لـ LTE-M 

• النطاق محدود فقط بنطاق نطاق تشغيل شبكة 4G-LTE الحالية 
• سرعات بيانات عالية 
• مثالية لنقل البيانات الكبيرة 
• يمكن التعامل مع تسليم الخلايا ومثالي للتطبيقات التي تتطلب التنقل 
• التشغيل المستند إلى IP 
• يدعم الرسائل الصوتية 

العيوب الرئيسية لـ LTE-M

• لا يمكن أن تدعم العديد من الأجهزة، حيث يتم تخصيص كتل موارد داخل النطاق فقط للأجهزة 
• تكلفة الجهاز المرتفعة مقارنةً بإنترنت الأشياء غير محدود النطاق الترددي 

تطبيقات NB-IoT و LTE-M 

دعونا الآن نصنف بعض تطبيقات إنترنت الأشياء الضخمة وفقاً للخيار الأكثر تفضيلاً بين NB-IoT وLTE-M. من الناحية المثالية، بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب سرعات عالية للبيانات وقابلية تنقل عالية، فإن LTE-M هو الخيار المثالي. وعلى النقيض من ذلك، فإن NB-IoT هو الخيار المثالي للتطبيقات التي تتطلب اختراقًا عاليًا وتطبيقات ثابتة. 

تطبيقات إنترنت الأشياء الضوئي الوطني 

• القياس الذكي وتطبيقات القياس الكهربائي 
• تطبيقات إدارة النفايات 
• تطبيقات الزراعة الذكية 
• أتمتة إضاءة الشوارع 
• إدارة خطوط الأنابيب 

تطبيقات LTE-M 

• الأجهزة الذكية القابلة للارتداء 
• مراقبة المريض والرعاية الصحية الذكية 
• تتبع الأصول 
• تطبيقات المدن الذكية 
• مستشعرات منخفضة الكثافة 

الخاتمة 

في هذه المقالة، بحثنا بإيجاز في الاختلافات بين إنترنت الأشياء غير المتصلة بإنترنت الأشياء وإنترنت الأشياء المتطورة، وحددنا أهميتها في نطاقات مختلفة من تطبيقات إنترنت الأشياء الضخمة. يعتمد القرار بين الاختيار بينهما فقط على الطبيعة والمتطلبات المحددة للتطبيق الذي نهتم به. وفي الختام، تُعد تقنية إنترنت الأشياء ذات النطاقين NB-IoT مثالية للتطبيقات الثابتة وتقنية LTE-M للأجهزة المتحركة.