Wi-SUN vs LoRaWAN vs NB-IoT là gì ?

Wi-SUN vs LoRaWAN vs NB-IoT là gì ?

Trong thời đại cách mạng công nghiệp 4.0, IoT (Internet of Things) đã trở thành nền tảng quan trọng trong việc kết nối và chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị thông minh. Để hỗ trợ quá trình này, các công nghệ truyền thông IoT ra đời, trong đó LoRaWAN, NB-IoT và Wi-SUN là ba giao thức nổi bật nhất. Mỗi công nghệ đều có những ưu điểm và ứng dụng riêng, từ kết nối diện rộng, năng lượng thấp, đến khả năng tương tác mạnh mẽ trong mạng lưới thông minh. Việc hiểu rõ các công nghệ này sẽ giúp khai thác hiệu quả tiềm năng của IoT, đồng thời mở ra cơ hội mới cho sự phát triển bền vững trong tương lai.

Wi-SUN (Wireless Smart Utility Network) là giao thức liên lạc được thiết kế đặc biệt cho các mạng tiện ích thông minh như đồng hồ thông minh, đèn đường hoặc cơ sở hạ tầng khác. Hoạt động theo tiêu chuẩn IEEE 802.15.4g và sử dụng công nghệ mạng lưới (mesh) để tạo ra một mạng lưới truyền thông mạnh mẽ và đáng tin cậy. Wi-SUN với tốc độ truyền dữ liệu cao, liên lạc tầm xa và tiêu thụ điện năng thấp. Lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu truyền dữ liệu theo thời gian thực và độ tin cậy cao.

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) là giao thức mạng diện rộng, tiêu thụ điện năng thấp được thiết kế để liên lạc tầm xa trên một khu vực rộng. Hoạt động dựa trên điều chế LoRa được tối ưu hóa để tiêu thụ điện năng thấp, tuổi thọ pin dài. LoRaWAN đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu liên lạc tầm xa, chẳng hạn như giám sát nông nghiệp, theo dõi tài sản và ứng dụng thành phố thông minh.

NB-IoT (Narrowband IoT) là giao thức truyền thông di động được thiết kế cho các ứng dụng IoT diện rộng, tiêu thụ điện năng thấp. Hoạt động trên các băng tần di động được cấp phép và cung cấp mức độ bảo mật và độ tin cậy cao. NB-IoT lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu phạm vi phủ sóng sâu trong nhà, chẳng hạn như tòa nhà thông minh, đồng hồ thông minh và ứng dụng IoT công nghiệp.

Dưới đây là một vài so sánh:

Công nghệ và Giao thức:

• Wi-SUN dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.15.4g và hoạt động ở dải tần Sub-GHz (ví dụ: 868 MHz ở Châu Âu, 915 MHz ở Hoa Kỳ). Nó được thiết kế cho các ứng dụng ngoài trời quy mô lớn, đặc biệt là trong các ứng dụng tiện ích thông minh.
• LoRaWAN dựa trên kỹ thuật điều chế LoRa sử dụng điều chế trải phổ chirp để liên lạc tầm xa và hoạt động ở các dải tần Sub-GHz (ví dụ: 868 MHz ở Châu Âu, 915 MHz ở Hoa Kỳ).
• NB-IoT là công nghệ Mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN) được tiêu chuẩn hóa bởi 3GPP như một phần của hệ sinh thái LTE. NB-IoT hoạt động trong các dải phổ được cấp phép do các nhà khai thác mạng di động phân bổ, cung cấp khả năng liên lạc an toàn và đáng tin cậy cho nhiều ứng dụng IoT.

Cấu trúc liên kết:

• Wi-SUN thường sử dụng cấu trúc liên kết dạng lưới trong đó các thiết bị (nút) có thể giao tiếp trực tiếp với nhau hoặc thông qua các nút trung gian (router). Mạng lưới Wi-SUN có khả năng tự phục hồi, nghĩa là nếu một nút bị lỗi, dữ liệu có thể được định tuyến lại thông qua các đường dẫn thay thế để đảm bảo kết nối liên tục. Điều này giúp mở rộng phạm vi phủ sóng của mạng và cải thiện độ tin cậy.
• LoRaWAN thường sử dụng cấu trúc liên kết mạng hình sao, nơi các thiết bị cuối giao tiếp với các cổng.
• NB-IoT hoạt động dựa trên các dải tần số của mạng di động hiện có, sử dụng cấu trúc cơ sở hạ tầng di động, thường bao gồm mạng lõi, mạng truy cập vô tuyến và các trạm cơ sở.

Kỹ thuật điều chế tín hiệu:

• Wi-SUN sử dụng điều chế FSK và OFDM.
• LoRaWAN sử dụng điều chế LoRa (Long Range: Tầm xa).

• NB-IoT sử dụng điều chế băng thông hẹp để sử dụng phổ tần hiệu quả hơn.

Phạm vi:

• Wi-SUN cung cấp phạm vi tốt phù hợp cho việc triển khai ngoài trời lên đến 10 km trong mạng lưới.
• LoRaWAN có thể đạt phạm vi liên lạc 2-3 km (đô thị) và 12 km (ngoại ô).
• Phạm vi liên lạc của NB-IoT thường ngắn hơn so với Wi-SUN và LoRaWAN, nhưng nó cung cấp phạm vi phủ sóng và độ tin cậy tốt hơn trong môi trường đô thị và trong nhà. Ở khu vực thành thị, nó có thể đạt được phạm vi liên lạc lên tới vài trăm mét đến vài km.

Tốc độ truyền dữ liệu:

• Wi-SUN hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn (lên tới 300 Kbps) so với LoRaWAN và NB-IoT, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu truyền dữ liệu nhanh hơn với yêu cầu thời gian thực.
• LoRaWAN cung cấp tốc độ dữ liệu thấp hơn (lên tới 20 Kbps) nhưng có phạm vi dài hơn và khả năng thâm nhập tốt hơn.
• NB-IoT cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn LoRaWAN, lên tới 60 Kbps ở class NB1 và ​​lên tới 158 Kbps ở class NB2.

Kích thước gói tin:

• Wi-SUN hỗ trợ truyền thông IPv6, cho phép kích thước gói tin lớn hơn so với một số công nghệ IoT khác, giúp nó phù hợp với các ứng dụng yêu cầu truyền các gói dữ liệu lớn hơn.
• LoRaWAN có những hạn chế về kích thước gói tin để đảm bảo sử dụng hiệu quả phổ tần và tối ưu hóa thời lượng pin. Kích thước gói tin tối đa trong LoRaWAN thường được giới hạn ở 100 byte. Khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu truyền dữ liệu nhỏ, định kỳ như dữ liệu cảm biến hoặc cập nhật trạng thái.
• NB-IoT thường hỗ trợ kích thước gói tin lớn hơn so với LoRaWAN, cho phép truyền nhiều dữ liệu hơn trong một tin nhắn.

Tiêu thụ điện năng:

• Wi-SUN: Cấu hình Wi-SUN FAN 1.1 bao gồm các cơ chế để thiết bị hoạt động ở chế độ năng lượng thấp. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ pin và giảm mức tiêu thụ điện năng tổng thể.
• LoRaWAN: Được biết đến với mức tiêu thụ điện năng thấp, mang lại thời lượng pin dài cho các thiết bị IoT.
• NB-IoT: Được thiết kế để tiêu thụ điện năng thấp, cho phép các thiết bị IoT hoạt động bằng nguồn pin trong nhiều năm không cần thay thế thường xuyên.

Bảo mật:

• Wi-SUN sử dụng mã hóa AES-128 để liên lạc an toàn giữa các thiết bị và cổng. Wi-SUN cũng hỗ trợ các giao thức quản lý khóa an toàn để đảm bảo rằng các khóa mã hóa được trao đổi và lưu trữ an toàn. Mạng Wi-SUN thường triển khai các cơ chế xác thực an toàn để xác minh danh tính của các thiết bị kết nối với mạng.
• LoRaWAN sử dụng mã hóa AES-128 đầu cuối để bảo mật liên lạc giữa các thiết bị và máy chủ mạng. LoRaWAN cũng hỗ trợ các quy trình tham gia an toàn để xác thực các thiết bị tham gia mạng và ngăn chặn truy cập trái phép.
• NB-IoT triển khai cơ chế mã hóa và xác thực dựa trên tiêu chuẩn LTE để bảo mật thông tin liên lạc. Mạng NB-IoT được hưởng lợi từ các biện pháp bảo mật do các nhà khai thác mạng di động triển khai, bao gồm tường lửa mạng và hệ thống phát hiện xâm nhập.

Chi phí triển khai

• Wi-SUN chi phí triển khai lớn nhất, phù hợp các hệ thống mesh lớn yêu cầu độ ổn định và tin cậy cao
• LoraWAN chi phí triển khai thấp nhất về phần cứng nhưng yêu cầu triển khai các gateway.
• NB-IoT chi phí triển khai lớn hơn LoraWAN do sử dụng hạ tầng mạng di động nên không cần xây dựng trạm riêng nên chỉ cần đầu tư về phần cứng.

Ứng dụng:

• Wi-SUN được thiết kế để liên lạc thường xuyên với chu kỳ tối đa 10 giây, thường được sử dụng trong các ứng dụng tiện ích thông minh, ứng dụng công nghiệp và thành phố thông minh.
• LoRaWAN được thiết kế để liên lạc không thường xuyên với chu kỳ tối đa 128 giây, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng IoT khác nhau, bao gồm nông nghiệp thông minh, theo dõi tài sản và giám sát môi trường.
• NB-IoT được thiết kế để liên lạc không thường xuyên với chu kỳ trên 600 giây. Lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu phạm vi phủ sóng sâu trong nhà, chẳng hạn như đồng hồ thông minh, thành phố thông minh và quản lý tài nguyên.

Tóm lại, Wi-SUN, LoRaWAN và NB-IoT đều có những đặc điểm riêng phù hợp với các trường hợp sử dụng và các kịch bản triển khai IoT khác nhau. Việc lựa chọn giữa các công nghệ này sẽ phụ thuộc vào các yếu tố như yêu cầu về phạm vi, nhu cầu về tốc độ dữ liệu, hạn chế về mức tiêu thụ điện năng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể.