تبدأ مشاريع إنترنت الأشياء عادةً بسؤال أساسي واحد: كيف يجب أن تتصل الأجهزة الميدانية بالشبكة؟ يمكن استخدام Wi-Fi و LoRa و NB-IoT و 4G و 5G جميعها في سيناريوهات مختلفة، لكنها ليست مصممة لنفس النوع من الأجهزة أو لنفس حجم بيانات العمل. بالنسبة لنشر إنترنت الأشياء الخلوي العام، يعد NB-IoT و 4G/5G خيارين شائعين، لكن نقاط قوتهما مختلفة تمامًا.

تم تصميم NB-IoT للاتصال بإنترنت الأشياء منخفض الطاقة، ومنخفض معدل البيانات، والواسع النطاق. إنه مناسب لأجهزة الاستشعار، والعدادات الذكية، وأجهزة الإنذار، وغيرها من الأطراف التي ترسل كميات صغيرة من البيانات. شبكات 4G و 5G الخلوية أكثر ملاءمة للأجهزة التي تحتاج إلى نطاق ترددي أعلى، واستجابة أسرع، ونقل بيانات أكبر، وصوت، وفيديو، وتطبيقات متنقلة، أو تفاعل في الوقت الفعلي. يؤثر اختيار الشبكة المناسبة على عمر البطارية، وتكلفة الاتصال، وتصميم المنصة، واستقرار الجهاز، والصيانة طويلة المدى.

ابدأ من حمل عمل الجهاز

النقطة الأولى في الاختيار هي نوع الجهاز وكمية البيانات التي يحتاج إلى إرسالها. العديد من أطراف إنترنت الأشياء ترسل فقط قيمًا بسيطة، مثل درجة الحرارة، والرطوبة، ومستوى الماء، وتركيز الغاز، وقراءات العدادات، وحالة الباب، وحالة البطارية، أو إشارات الإنذار. لا تحتاج هذه الأجهزة إلى نطاق ترددي عالٍ، لكنها تحتاج إلى عمر بطارية طويل، وتغطية مستقرة، وتكلفة اتصال منخفضة.

يتناسب NB-IoT جيدًا مع هذا النوع من حمل العمل. إنه مصمم لربط عدد كبير من الأجهزة منخفضة الطاقة التي تنقل حزمًا صغيرة من البيانات. بالنسبة للعديد من أجهزة الاستشعار وأطراف القياس، قد يبقى الجهاز في وضع الطاقة المنخفضة معظم الوقت ولا يستيقظ إلا بشكل دوري للإبلاغ عن البيانات. في ظل الظروف المناسبة، يمكن لهذا التصميم دعم تشغيل البطارية لعدة سنوات.

تعد 4G و 5G أكثر ملاءمة للأجهزة ذات متطلبات الاتصال الأثقل. قد تحتاج الأطراف الذكية، وأجهزة التفتيش المتنقلة، ومعدات الفيديو، والبوابات الصناعية، والأجهزة المركبة، والأجهزة اللوحية، وأطراف الحوسبة الطرفية إلى سرعات رفع وتنزيل أسرع. تستهلك هذه التطبيقات عادةً طاقة أكبر، لكنها يمكن أن تدعم نقل بيانات أكثر ثراءً وخدمات أكثر تفاعلية.

معدل البيانات يحدد ما يمكن أن تحمله الشبكة

يتمتع NB-IoT بمعدل نقل منخفض نسبيًا. في العديد من تطبيقات إنترنت الأشياء، قد يتراوح معدل البيانات من بضع مئات من البتات في الثانية إلى مئات الكيلوبتات في الثانية. هذا كافٍ للإبلاغ الدوري، والإنذارات البسيطة، وبيانات القياس، ومراقبة الحالة. إنه غير مناسب للملفات الكبيرة، أو الفيديو في الوقت الفعلي، أو الصوت عالي الدقة، أو تبادل البيانات التفاعلي المتكرر.

يمكن لشبكات 4G دعم معدلات بيانات بمستوى ميغابت في الثانية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تحميل وتنزيل بيانات أسرع. يمكن لـ 5G زيادة دعم نطاق ترددي أعلى، وزمن وصول أقل، وقدرات اتصال متنقلة أكثر تقدمًا عندما تدعم بيئة المشروع والأجهزة الطرفية ذلك.

هذا الاختلاف مهم في تصميم الحل. إذا كان الجهاز يبلغ فقط عن قيمة استشعار صغيرة كل بضع دقائق، فإن استخدام شبكة عالية النطاق الترددي قد يزيد التكلفة واستهلاك الطاقة دون إضافة قيمة كبيرة. إذا كان الجهاز يحتاج إلى فيديو، أو تحكم عن بعد، أو تحميل بيانات كبير، أو تفاعل في الوقت الفعلي، فلن يكون NB-IoT كافيًا.

متطلبات التغطية ليست نفسها

ينتمي NB-IoT إلى فئة الشبكات الواسعة منخفضة الطاقة. إنه مصمم لتوفير تغطية واسعة واختراق أفضل للعديد من أطراف إنترنت الأشياء الثابتة. هذا يجعله مفيدًا في الطوابق السفلية، وغرف المعدات، وآبار العدادات، والممرات، والمساحات الخدمية، وغيرها من المواقع التي قد تكون التغطية اللاسلكية العادية صعبة فيها.

في مشاريع مثل عدادات المياه الذكية، وعدادات الكهرباء الذكية، ومراقبة الغاز، وكشف الدخان، والاستشعار البيئي، ومراقبة المرافق البلدية، قد تكون الأجهزة موزعة عبر المباني، والشوارع، والمساحات تحت الأرض، والزوايا البعيدة. يمكن لـ NB-IoT أن يساعد في تقليل الحاجة إلى تركيب بوابات محلية أو أسلاك معقدة في هذه السيناريوهات.

توفر 4G و 5G أيضًا تغطية واسعة النطاق عبر الشبكات الخلوية، لكن أدائهما العملي يعتمد على تغطية المشغل، وكثافة المحطات الأساسية، وجودة الإشارة الداخلية، ونطاق التردد، وتصميم هوائي الطرف، وحمل الشبكة المحلية. في المناطق النائية أو المحمية، لا يزال فريق المشروع بحاجة إلى اختبار جودة الإشارة قبل النشر.

استهلاك الطاقة يغير نموذج الصيانة بالكامل

عمر البطارية هو أحد أكبر الاختلافات بين NB-IoT والاتصالات الخلوية عالية السرعة. تم تصميم العديد من أطراف NB-IoT للإبلاغ منخفض التردد وفترات السكون الطويلة. هذا يساعد في تقليل استهلاك الطاقة ويجعل التقنية مناسبة للأجهزة التي يصعب صيانتها بشكل متكرر.

على سبيل المثال، قد يتم تركيب عداد مياه، أو مستشعر دخان، أو مستشعر غرف، أو جهاز مراقبة بيئي في مكان حيث يكون استبدال البطاريات غير مريح. إذا تم نشر آلاف الأجهزة، تصبح تكلفة الصيانة قضية رئيسية. يمكن للشبكة منخفضة الطاقة أن تحسن بشكل كبير نموذج التشغيل طويل المدى.

عادةً ما تحتاج أطراف 4G و 5G إلى طاقة أكبر لأنها تدعم نقلًا أسرع، وبروتوكولات أكثر ثراءً، وتطبيقات أكثر تعقيدًا. هذا ليس مشكلة للأجهزة ذات مصدر الطاقة المستقر، مثل البوابات الصناعية، وأطراف الفيديو، والأجهزة المركبة، والخزائن الخارجية. ومع ذلك، بالنسبة لأجهزة الاستشعار الصغيرة التي تعمل بالبطارية، يجب تقييم استهلاك الطاقة بعناية.

يجب تقييم التكلفة عبر دورة الحياة الكاملة

غالبًا ما تُصمم أجهزة NB-IoT للنشر منخفض التكلفة والواسع النطاق. نظرًا لأن الأجهزة المستهدفة عادةً ما تكون ذات وظائف بسيطة ومتطلبات بيانات منخفضة، يمكن تحسين الأجهزة الطرفية، ووحدة الاتصال، ونموذج الخدمة لمشاريع إنترنت الأشياء الضخمة.

تتطلب أجهزة 4G و 5G عادةً قدرة معالجة أكبر، ووحدات اتصال أقوى، وسعة تزويد طاقة أعلى، ودعم تطبيقات أكثر تعقيدًا. قد تكون تكلفة الطرف أعلى، لكن الشبكة يمكنها حمل خدمات أكثر ثراءً مثل نقل الفيديو، وتحميل البيانات في الوقت الفعلي، والتحكم عن بعد، والتطبيقات المتنقلة، واتصال البوابة عالية السرعة.

لا ينبغي أن يعتمد الخيار الأفضل فقط على سعر الوحدة. يجب على فرق المشروع أيضًا مراعاة تكلفة بطاقة SIM أو باقة البيانات، وتكلفة استبدال البطارية، وتكلفة التركيب، وتكلفة الصيانة، وحجم البيانات، وتكلفة تكامل المنصة، وقيمة الخدمة المقدمة. لا ينبغي الإفراط في تصميم جهاز منخفض النطاق الترددي، بينما لا ينبغي إجبار تطبيق عالي النطاق الترددي على شبكة منخفضة المعدل.

مقارنة لتخطيط المشروع

يجب أن توجه سيناريوهات التطبيق الاختيار

NB-IoT مناسب للمشاريع حيث تكون الأجهزة عديدة، وثابتة، ومنخفضة الطاقة، ومنخفضة معدل البيانات. تشمل الأمثلة النموذجية عدادات المياه الذكية، وعدادات الكهرباء الذكية، وعدادات الغاز، وكاشفات الدخان، وأجهزة الاستشعار البيئية، وأجهزة استشعار وقوف السيارات، ومراقبة الغرف، ومراقبة خطوط الأنابيب، والإبلاغ عن حالة المرافق.

عادةً لا تحتاج هذه التطبيقات إلى نقل بيانات عالي السرعة مستمر. إنها تحتاج إلى تسليم حزم صغيرة موثوق، وتغطية واسعة، وعمر بطارية طويل، وتكلفة يمكن التحكم فيها. تتلقى المنصة البيانات بشكل أساسي، وتخزن السجلات، وتطلق الإنذارات، وتعرض الاتجاهات أو حالة الجهاز.

تعد 4G و 5G مناسبة للتطبيقات التي تحتاج إلى سرعة أعلى أو تفاعل أكثر ثراءً. تشمل الأمثلة النموذجية النقل الخلفي لمراقبة الفيديو، وأطراف إنفاذ القانون المتنقلة، والموجهات الصناعية، والمعدات المركبة، وأطراف التفتيش عن بعد، وبوابات الاتصال الخارجية، وأجهزة القيادة الطارئة، والروبوتات المتنقلة، والأطراف الذكية ذات وظائف الوسائط المتعددة.

يجب أن يتوافق تصميم المنصة مع نمط الاتصال

تؤثر شبكة الاتصال أيضًا على بنية منصة إنترنت الأشياء. غالبًا ما تركز أنظمة NB-IoT على تسجيل الجهاز، وتحليل الحزم الصغيرة، وقواعد الإنذار، ومراقبة حالة البطارية، والحكم على الانقطاع، وإدارة الأجهزة على نطاق واسع. نظرًا لأن العديد من الأطراف قد تبلغ عن البيانات بشكل دوري، يجب أن تتعامل المنصة مع الوصول الهائل للأجهزة ومعالجة البيانات القائمة على الأحداث.

قد تتطلب تطبيقات 4G و 5G اتصالاً أكثر في الوقت الفعلي، وتخزين بيانات أكبر، وتكوينًا عن بعد، وإدارة تدفق الفيديو، أو حوسبة طرفية، أو إدارة اتصال مستمرة. قد تحتاج المنصة إلى تخطيط نطاق ترددي أقوى، وأمن البيانات، ومصادقة الجهاز، وقدرة الترقية عن بعد، وتكامل الخدمة على مستوى التطبيق.

لا ينبغي لحل إنترنت الأشياء الناضج أن يختار ببساطة شبكة ثم يربط الأجهزة. يجب أن يصمم الطرف، ووحدة الاتصال، واستراتيجية الإبلاغ عن البيانات، وواجهة المنصة، وعملية الإنذار، وسير عمل الصيانة، وسياسة الأمن كنظام متكامل واحد.

غالبًا ما تكون الشبكات الهجينة أكثر عملية

لا تحتاج العديد من مشاريع إنترنت الأشياء إلى اختيار شبكة واحدة فقط. قد يستخدم منتزه ذكي، أو موقع صناعي، أو حرم جامعي، أو نظام مرافق، أو منصة على مستوى المدينة طرق اتصال مختلفة في نفس الوقت. يمكن استخدام NB-IoT لأجهزة الاستشعار والعدادات منخفضة الطاقة، بينما يمكن استخدام 4G أو 5G للبوابات، والأجهزة المتنقلة، وأطراف الفيديو، ومعدات الحقل عالية السرعة.

يسمح هذا النهج الهجين لكل جهاز باستخدام الشبكة الأكثر ملاءمة. يمكن للأطراف منخفضة البيانات تقليل التكلفة وإطالة عمر البطارية، بينما يمكن للأجهزة عالية البيانات الاحتفاظ بالسرعة والاستجابة اللازمة للتطبيقات المتقدمة. تقوم المنصة بعد ذلك بدمج البيانات من شبكات مختلفة في واجهة إدارة واحدة.

بالنسبة لأصحاب المشاريع، هذا عادةً أكثر عملية من إجبار جميع الأجهزة على معيار اتصال واحد. الهدف ليس اختيار الشبكة الأكثر تقدمًا، بل اختيار الشبكة الأكثر ملاءمة لكل جهاز ولكل عملية تجارية.

نقاط التخطيط قبل النشر

قبل اختيار NB-IoT أو 4G أو 5G، يجب على فرق المشروع تحديد نوع الجهاز، وبيئة التركيب، وتكرار الإبلاغ، وحجم البيانات، ومتطلبات زمن الوصول، وحالة تزويد الطاقة، وعمر البطارية المتوقع، ومنطقة التغطية، وتكلفة التشغيل. ستؤثر هذه العوامل بشكل مباشر على اختيار الاتصال.

اختبار الإشارة مهم أيضًا. على الرغم من أن الشبكات الخلوية توفر تغطية واسعة، فقد يتأثر الأداء الفعلي في نقطة التركيب بالجدران، والهياكل تحت الأرض، والخزائن المعدنية، والتضاريس، وبعد المحطة الأساسية، وازدحام الشبكة. للتطبيقات الحرجة، يجب إكمال الاختبار الميداني قبل النشر على نطاق واسع.

يجب التخطيط للأمن والصيانة في نفس الوقت. يجب أن تدعم المنصة إدارة هوية الجهاز، وحماية البيانات، والتكوين عن بعد، وتتبع الإنذار، ومراقبة الانقطاع، وصيانة دورة الحياة. وهذا يضمن أن شبكة الاتصال يمكن أن تدعم التشغيل المستقر بعد تسليم المشروع.

الخلاصة

تعد NB-IoT و 4G/5G تقنيتين مهمتين لاتصالات إنترنت الأشياء الخلوية، لكنهما تخدم أغراضًا مختلفة. NB-IoT أفضل للتطبيقات منخفضة الطاقة، ومنخفضة معدل البيانات، والواسعة التغطية مثل أجهزة الاستشعار، والعدادات، وأجهزة الإنذار. 4G و 5G أفضل للتطبيقات الأعلى سرعة، والأعلى نطاقًا تردديًا، والأكثر تفاعلية مثل أطراف الفيديو، والأجهزة المتنقلة، والبوابات الصناعية، ومعدات الحقل الذكية.

يجب أن يستند حل اتصالات إنترنت الأشياء الناجح إلى احتياجات التطبيق الحقيقية بدلاً من علامة تقنية واحدة. من خلال مطابقة حمل عمل الجهاز، واستهلاك الطاقة، والتغطية، ومعدل البيانات، والتكلفة، ومتطلبات المنصة، يمكن لفرق المشروع بناء شبكة إنترنت أشياء أكثر استقرارًا، وقابلية للتوسع، وفعالية من حيث التكلفة.