LoRa contro NB-IoT: qual è la migliore LPWAN per IoT?

Nell'ambito dell'Internet delle Cose risulta palesemente necessaria la connettività tra gli oggetti (Cose) e la rete (Internet). Per applicazioni che richiedono una copertura di territorio di piccole dimensioni conosciamo ormai bene gli standard Bluetooth Low Energy (BLE) e ZigBee, che rientrano nella più vasta categoria delle Personal Area Network (PAN). Per applicazioni che invece hanno l'esigenza di ricoprire territori più vasti occorre utilizzare una Wide Area Network (WAN) o meglio, nell'ambito dell'IoT, una Low Power WAN (LPWAN). In questo articolo metteremo a confronto due LPWAN: la Long Range WAN (LoRaWAN) e la Narrow Band-IoT (NB-IoT).

Spettro, Qualità del servizio e Costi

LoRa è utilizzato nella banda senza licenza al di sotto di 1 GHz, che non costituisce alcun costo per le applicazioni che la utilizzano. NB-IoT e comunicazioni cellulari usano bande con licenza al di sotto di 1 GHz. Le bande al di sotto del GHz comprese tra 500 MHz e 1 GHz sono ottimali per i collegamenti su lunghe distanze e per l'efficienza e le dimensioni fisiche delle antenne.

LoRaWAN utilizza uno spettro di frequenze libere (senza licenza) ed un protocollo asincrono, che risulta ottimale per ciò che riguarda i costi e il tempo di vita delle batterie. LoRa e il protocollo LoRaWAN presentano caratteristiche uniche e sono stati progettati per gestire interferenze, reti che si sovrappongono e capacità scalabile per elevati volumi; comunque esse non possono offrire le stessa qualità del servizio offerta da un protocollo cellulare a divisione di tempo. Le aste per l'assegnazione della porzione di spettro con licenza nella fascia sotto al GHz si risolvono con la vendita a prezzi che tipicamente si aggirano intorno ai 500 milioni di dollari per MHz. Mentre il protocollo sincrono a divisione di tempo, cellulare e NB-IoT, risulta ottimale dal punto di vista della qualità del servizio, esso non offre un tempo di vita delle batterie comparabile a LoRa. A causa della qualità del servizio e dell'alto costo dello spettro, le applicazioni a più alto valore preferiscono le opzioni cellulari, mentre quelle a basso costo ed elevato volume si affidano a LoRa. Nella figura 1 vengono rappresentati i costi della connettività in funzione della qualità del servizio richiesta per i vari standard sopra citati.

Figura 1: costi annuali connettività in funzione della qualità del servizio per i vari standard. La dimensione delle bolle è proporzionale alla fetta di mercato potenziale dello standard.

Durata della batteria e latenza del collegamento

I sistemi di comunicazione cellulare sono progettati per l'utilizzazione ottimale delle risorse spettrali, ma questo compromette le prestazioni lato utente per ciò che riguarda i costi e la durata della batteria. In contrasto in una rete LoRaWAN, i nodi finali sono ottimizzati relativamente al costo e alla durata della batteria con conseguente peggioramento nell'utilizzazione dello spettro. [...]

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