Original Title: Low-power Wide-Area Networks: A Comparative Analysis Between LoRaWAN and NB-IoT
Source: cc.oulu.fi
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

បណ្តាញតំបន់ធំប្រើប្រាស់ថាមពលទាប៖ ការវិភាគប្រៀបធៀបរវាង LoRaWAN និង NB-IoT

ចំណងជើងដើម៖ Low-power Wide-Area Networks: A Comparative Analysis Between LoRaWAN and NB-IoT

អ្នកនិពន្ធ៖ Chiara Buratti (Università di Bologna), Konstantin Mikhaylov (University of Oulu), Riccardo Marini (Università di Bologna), Roberto Verdone (Università di Bologna)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ Post-2019 (Book Chapter)

វិស័យសិក្សា៖ Telecommunications

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ឯកសារនេះធ្វើការដោះស្រាយបញ្ហានៃការជ្រើសរើសបច្ចេកវិទ្យាទំនាក់ទំនងឥតខ្សែសម្រាប់កម្មវិធី Internet of Things (IoT) ដោយប្រៀបធៀបលក្ខណៈពិសេស និងសមត្ថភាពជាក់ស្តែងរវាងបណ្តាញ LoRaWAN និង NB-IoT ។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការស្រាវជ្រាវនេះប្រើប្រាស់ការវាយតម្លៃតាមរយៈការវិភាគ ការក្លែងធ្វើលើកុំព្យូទ័រ និងការសាកល្បងជាក់ស្តែង ដើម្បីវាស់ស្ទង់សូចនាករសមត្ថភាពគន្លឹះ (KPIs) របស់បច្ចេកវិទ្យាទាំងពីរ។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
LoRaWAN
បណ្តាញ LoRaWAN (Long Range Wide Area Network)
មានកម្រិតនៃការប្រើប្រាស់ថាមពលទាបបំផុត ដែលអាចឱ្យថ្មកាន់បានលើសពី ១០ឆ្នាំ ព្រមទាំងអាចប្រតិបត្តិការលើប្រេកង់ដែលមិនតម្រូវឱ្យមានអាជ្ញាប័ណ្ណ (Unlicensed ISM band) ដែលអនុញ្ញាតឱ្យបង្កើតបណ្តាញឯកជនដោយឥតគិតថ្លៃ។ ល្បឿននៃការបញ្ជូនទិន្នន័យមានកម្រិតទាបខ្លាំង (អតិបរមាប្រហែល 50 kbit/s) មានភាពយឺតយ៉ាវខ្ពស់ (High Latency) ក្នុងការទទួលទិន្នន័យ និងងាយរងការរំខានដោយសារការកំណត់នៃ Duty Cycle ។ អត្រាបាត់បង់កញ្ចប់ទិន្នន័យ (Packet Error Rate - PER) អាចកាត់បន្ថយបានយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាពតាមរយៈការប្រើប្រាស់ក្បួនដោះស្រាយ Adaptive Data Rate (ADR) ប៉ុន្តែ Network Throughput គឺនៅមានកម្រិតទាប។
NB-IoT
បណ្តាញ NB-IoT (Narrowband IoT)
ផ្តល់នូវល្បឿនបញ្ជូនទិន្នន័យខ្ពស់ (រហូតដល់ 253.6 kbit/s សម្រាប់ Rel. 14) មានសុវត្ថិភាពល្អប្រសើរដោយផ្អែកលើស្តង់ដារ 4G និងគាំទ្រ IP protocols ពេញលេញ (TCP/UDP, MQTT)។ ទាមទារការបង់ថ្លៃសេវាទៅឱ្យក្រុមហ៊ុនទូរស័ព្ទចល័ត (MNOs) ព្រមទាំងប្រើប្រាស់ថាមពលច្រើននៅពេលតភ្ជាប់បណ្តាញដំបូង ដែលធ្វើឱ្យវាពិបាកក្នុងការប្រើប្រាស់ជាមួយប្រព័ន្ធប្រមូលផ្តុំថាមពល (Energy-harvesting)។ អាចផ្តល់ល្បឿនទាញយកអតិបរមាប្រមាណ 79.25 kbit/s សម្រាប់ការប្រើប្រាស់បែប Standalone (Rel. 14) ហើយមាន Latency ទាបជាង LoRaWAN ក្នុងការទាញយកទិន្នន័យ (Downlink)។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ឯកសារនេះបានបញ្ជាក់ពីភាពខុសគ្នាយ៉ាងច្បាស់នៃគំរូអាជីវកម្ម និងការចំណាយលើការរៀបចំហេដ្ឋារចនាសម្ព័ន្ធរវាងបច្ចេកវិទ្យាទាំងពីរ។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សា និងការពិសោធន៍ជាក់ស្តែងនៅក្នុងឯកសារនេះ ត្រូវបានធ្វើឡើងនៅសាកលវិទ្យាល័យ Bologna ប្រទេសអ៊ីតាលី ដោយប្រើប្រាស់បទប្បញ្ញត្តិស្តីពីប្រេកង់របស់អឺរ៉ុប (868 MHz ដែលកំណត់ Duty Cycle 1%)។ សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា ទិន្នន័យនេះមិនអាចយកមកអនុវត្តបានទាំងស្រុងនោះទេ ព្រោះកម្ពុជាប្រើប្រាស់ប្រេកង់ AS923 សម្រាប់ LoRaWAN ដែលមានលក្ខខណ្ឌកំណត់ខុសពីអឺរ៉ុប ព្រមទាំងគុណភាពសេវា NB-IoT ក៏អាស្រ័យលើការពង្រីកសេវារបស់ប្រតិបត្តិករទូរស័ព្ទក្នុងស្រុកផងដែរ។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

បច្ចេកវិទ្យាទាំងពីរនេះពិតជាមានសារៈសំខាន់ និងអាចយកមកអនុវត្តបានយ៉ាងទូលំទូលាយសម្រាប់ការអភិវឌ្ឍប្រព័ន្ធ Internet of Things (IoT) នៅក្នុងប្រទេសកម្ពុជា។

ជារួម ការជ្រើសរើសរវាង LoRaWAN និង NB-IoT សម្រាប់គម្រោងនៅកម្ពុជា គឺអាស្រ័យទៅលើទីតាំងភូមិសាស្ត្រ តម្រូវការនៃល្បឿនទិន្នន័យ ថវិកាប្រតិបត្តិការ (OPEX) និងលទ្ធភាពនៃការប្រើប្រាស់ថាមពលអគ្គិសនី។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាពីប្រេកង់វិទ្យុ និងបទប្បញ្ញត្តិទូរគមនាគមន៍នៅកម្ពុជា: សិស្សគួរសិក្សាស្វែងយល់ពីឯកសាររបស់និយតករទូរគមនាគមន៍កម្ពុជា (TRC) ដើម្បីកំណត់ពី ISM Band ដែលស្របច្បាប់ (ជាទូទៅគឺប្រេកង់ AS923) សម្រាប់ការរៀបចំប្រព័ន្ធ LoRaWAN ជៀសវាងការរំខានដល់រលកអាកាសរបស់រដ្ឋ។
  2. សាកល្បងអភិវឌ្ឍន៍ LoRaWAN តាមរយៈ The Things Network: អ្នកស្រាវជ្រាវអាចចាប់ផ្តើមដោយទិញឧបករណ៍ LoRa Node (ឧ. ESP32 + RFM95) រួចសាកល្បងតភ្ជាប់វាទៅកាន់ប្រព័ន្ធ The Things Network (TTN) ដើម្បីបញ្ជូនទិន្នន័យសេនស័រ និងសិក្សាពីការកំណត់ Spreading Factor (SF) ដោយមិនចាំបាច់បង្កើត Server ខ្លួនឯង។
  3. តភ្ជាប់ប្រព័ន្ធ NB-IoT ជាមួយបណ្តាញទូរស័ព្ទក្នុងស្រុក: ទំនាក់ទំនងទិញ NB-IoT SIM card ពីក្រុមហ៊ុនទូរស័ព្ទចល័តនៅកម្ពុជា (ឧទាហរណ៍ SmartCellcard) រួចប្រើប្រាស់ Module ដូចជា Quectel BC95 ដើម្បីសាកល្បងបញ្ជូនទិន្នន័យទៅកាន់តំហុកទិន្នន័យតាមរយៈ MQTTCoAP Protocol
  4. វិភាគ និងប្រៀបធៀបការប្រើប្រាស់ថាមពលជាក់ស្តែង: បង្កើតគម្រោងសាកល្បងស្របគ្នាមួយ ដោយប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ Power Profiler Kit ដើម្បីវាស់ស្ទង់ការប្រើប្រាស់ចរន្តអគ្គិសនី (Power Consumption) រវាងប្រព័ន្ធទាំងពីរ ជាពិសេសផ្តោតលើមុខងារ Sleep Mode ដូចជាបច្ចេកទេស eDRX និង PSM របស់ NB-IoT ធៀបជាមួយ Class A របស់ LoRaWAN

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Chirp Spread Spectrum (CSS) ជាបច្ចេកទេសបំប្លែងសញ្ញាវិទ្យុដែលប្រើប្រាស់នៅក្នុងបណ្តាញ LoRaWAN ដោយវាពង្រីកសញ្ញាបញ្ជូនទៅក្នុងកម្រិតបញ្ជូនធំទូលាយជាងការចាំបាច់ ដើម្បីការពារការរំខានពីសញ្ញាផ្សេងៗ ធន់នឹងការប្រែប្រួលប្រេកង់ និងធានាការបញ្ជូនទិន្នន័យបានឆ្ងាយ។ ដូចជាការនិយាយមួយៗ យឺតៗ និងច្បាស់ៗនៅក្នុងបន្ទប់ដែលមានសម្លេងរំខានច្រើន ដើម្បីឱ្យអ្នកស្តាប់នៅឆ្ងាយអាចស្តាប់លឺបានត្រឹមត្រូវ។
Spreading Factor (SF) ជារង្វាស់នៃរយៈពេលដែលនិមិត្តសញ្ញាមួយ (Symbol) ត្រូវបានបញ្ជូននៅក្នុងប្រព័ន្ធ LoRaWAN។ កាលណា SF កាន់តែខ្ពស់ (ឧ. SF12) ល្បឿនបញ្ជូនទិន្នន័យកាន់តែយឺត ប៉ុន្តែវាមានកម្លាំងអាចបញ្ជូនបានកាន់តែឆ្ងាយ និងអាចកាត់បន្ថយការរំខានពីសញ្ញាដទៃបានកាន់តែល្អ។ ដូចជាការសរសេរអក្សរធំៗនៅលើក្តារខៀន ដើម្បីឱ្យសិស្សអង្គុយក្រោយគេអាចមើលឃើញច្បាស់ ប៉ុន្តែចំណាយពេលយូរជាងមុន និងសរសេរពាក្យបានតិចជាងមុន។
Adaptive Data Rate (ADR) ជាយន្តការវៃឆ្លាតរបស់ LoRaWAN ដែលអនុញ្ញាតឱ្យប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រងបណ្តាញមេ (Network Server) ធ្វើការផ្លាស់ប្តូរល្បឿនបញ្ជូនទិន្នន័យ និងកម្រិតថាមពលរបស់ឧបករណ៍នីមួយៗដោយស្វ័យប្រវត្តិ ដោយផ្អែកលើចម្ងាយពីអង់តែន ដើម្បីសន្សំសំចៃថ្ម និងកាត់បន្ថយការកកស្ទះសេវា។ ដូចជាការប្តូរលេខកង់ដោយស្វ័យប្រវត្តិ នៅពេលជិះឡើងចំណោត (ជិះយឺតតែមានកម្លាំង) ឬចុះចំណោត (ជិះលឿនមិនបាច់ប្រឹងខ្លាំង) ដើម្បីសន្សំកម្លាំងអ្នកធាក់។
Power Saving Mode (PSM) មុខងារសន្សំសំចៃថាមពលកម្រិតខ្ពស់របស់បណ្តាញ NB-IoT ដែលអនុញ្ញាតឱ្យឧបករណ៍សេនស័របិទមុខងារទទួលសញ្ញាវិទ្យុទាំងស្រុង (Deep Sleep) នៅពេលមិនមានការតភ្ជាប់ ប៉ុន្តែនៅតែរក្សាការចុះឈ្មោះក្នុងបណ្តាញ ដើម្បីសន្សំថ្មបានយូរបំផុត។ ដូចជាការបិទទូរស័ព្ទនៅពេលយប់ពេលដេកលក់ ដើម្បីសន្សំថ្ម ហើយបើកវិញនៅពេលព្រឹកដោយមិនចាំបាច់វាយលេខកូដ PIN ភ្ជាប់សេវាម្តងទៀតនោះទេ។
Duty Cycle ជាភាគរយនៃពេលវេលាអតិបរមាដែលឧបករណ៍មួយត្រូវបានអនុញ្ញាតឱ្យបញ្ជូនសញ្ញានៅលើប្រេកង់ជាក់លាក់ណាមួយ (ឧទាហរណ៍ 1% សម្រាប់ប្រេកង់ 868 MHz នៅអឺរ៉ុប) ដើម្បីការពារកុំឱ្យឧបករណ៍មួយកាន់កាប់ប្រេកង់សាធារណៈតែឯងយូរពេក។ ដូចជាច្បាប់នៃការប្រជុំ ដែលមនុស្សម្នាក់ៗមានសិទ្ធិនិយាយតែ ១នាទី ប៉ុណ្ណោះក្នុងចំណោម ១០០នាទី ដើម្បីទុកពេលឱ្យអ្នកដទៃផ្សេងទៀតមានឱកាសបាននិយាយដែរ។
Time on Air (ToA) ជារយៈពេលសរុបគិតជាមីលីវិនាទី ដែលកញ្ចប់ទិន្នន័យមួយប្រើប្រាស់ដើម្បីធ្វើដំណើរតាមរយៈរលកអាកាសពីឧបករណ៍បញ្ជូនទៅកាន់ឧបករណ៍ទទួល។ ToA កាន់តែយូរ ការប្រើប្រាស់ថាមពលថ្មកាន់តែច្រើន និងបង្កើនហានិភ័យនៃការប៉ះទង្គិចទិន្នន័យ (Collision) ជាមួួយឧបករណ៍ផ្សេង។ ដូចជារយៈពេលដែលយន្តហោះហោះហើរលើអាកាស យន្តហោះហោះកាន់តែយូរ កាន់តែស៊ីសាំងច្រើន និងប្រឈមនឹងអាកាសធាតុអាក្រក់កាន់តែច្រើន។
Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) ជាយន្តការរក្សាភាពត្រឹមត្រូវនៃទិន្នន័យនៅក្នុងបណ្តាញ NB-IoT ដែលរួមបញ្ចូលការកែតម្រូវកំហុស (FEC) និងការស្នើសុំឱ្យបញ្ជូនទិន្នន័យឡើងវិញដោយស្វ័យប្រវត្តិ នៅពេលមានការបាត់បង់ ឬខូចខាតទិន្នន័យណាមួយកំឡុងពេលបញ្ជូន។ ដូចជាការផ្ញើកញ្ចប់ឥវ៉ាន់តាមប្រៃសណីយ៍ដែលមានលេខកូដតាមដាន បើអ្នកទទួលមិនបានទទួល ឬឥវ៉ាន់នោះខូចខាត គេនឹងទូរស័ព្ទប្រាប់ឱ្យអ្នកលក់ផ្ញើម្តងទៀតភ្លាមៗ។
End-to-End (E2E) Delay ជារង្វាស់នៃភាពយឺតយ៉ាវ ឬរយៈពេលសរុបដែលទិន្នន័យត្រូវបានបញ្ជូនចេញពីប្រភពដើម (ដូចជា Network Server) ឆ្លងកាត់បណ្តាញផ្សេងៗ រហូតទៅដល់ឧបករណ៍គោលដៅចុងក្រោយ ហើយទទួលបានការឆ្លើយតបត្រឡប់មកវិញ។ ដូចជារយៈពេលដែលអ្នកផ្ញើសារតាមឆាតទៅមិត្តភក្តិ រហូតដល់ពេលដែលមិត្តភក្តិអានរួច ហើយផ្ញើសារតបមកអ្នកវិញ។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖