ما هي الاختلافات بين 4G و5G وLTE وCAT-M وLTE-M وCat-1 وNB-IoT وLoRaWAN لمشروع التتبع؟

الاتصالات والاستشعار والطاقة والتحكم والذاكرة والحوسبة هي التقنيات الرئيسية المستخدمة في مشروع التتبع.

تتضمن تقنيات التتبع السائدة GNSS وBluetooth وWi-Fi RSSI وزاوية وصول Bluetooth UWB والموجات فوق الصوتية وSLAM وRFID وشبكة TOF والأشعة تحت الحمراء وما إلى ذلك. تتطلب SLAM نطاقًا تردديًا عاليًا ومعدل بيانات لبث الصور والفيديو؛ يستخدم البعض الآخر عدة أو عشرات البايتات لكل رسالة تحديد موقع. بالنظر إلى دقة تحديد المواقع واستهلاك الطاقة وأبعاد المنتج والتكلفة وتوافر الشبكة أو مسافة الاتصال، فهناك العديد من الخيارات لتكنولوجيا الاتصالات، وتقدم هذه الورقة أحدث تقنيات الشبكات المحمولة وخصائصها. من خلال مقارنة التقنيات المتشابهة، تحلل إيجابيات وسلبيات كل تقنية لمشروع تتبع وتساعد القراء على اختيار التقنية التي سيستخدمونها في مشروع تتبع شخصي أو أصول.

1. 4G و 5G

4G و5G هما جيلان مختلفان من تكنولوجيا شبكات الهاتف المحمول. لديهما بعض الاختلافات الرئيسية من حيث السرعة وعرض النطاق الترددي ووقت الاستجابة والقدرات. فيما يلي ملخص للاختلافات الرئيسية:

• سرعة
  إن تقنية الجيل الخامس أسرع بكثير من تقنية الجيل الرابع، حيث توفر سرعة تنزيل تصل إلى 2.5 جيجابت في الثانية وسرعة تحميل تصل إلى 1.25 جيجابت في الثانية. ومن ناحية أخرى، لا يمكن لتقنية الجيل الرابع أن تصل إلا إلى سرعة تنزيل تصل إلى 1 جيجابت في الثانية وسرعة تحميل تصل إلى 500 ميجابت في الثانية. وبالتالي، يمكن لتقنية الجيل الخامس دعم تطبيقات أكثر كثافة في البيانات، مثل بث الفيديو عالي الدقة والواقع الافتراضي والألعاب السحابية.
• النطاق الترددي
  تتمتع تقنية الجيل الخامس بنطاق ترددي أكبر من الجيل الرابع، مما يعني أنها قادرة على دعم المزيد من الأجهزة والمستخدمين في وقت واحد دون المساس بجودة الخدمة. وتستخدم تقنية الجيل الخامس ترددات أعلى من الجيل الرابع، مثل الموجات المليمترية، التي تكون أقل ازدحامًا ويمكنها حمل المزيد من البيانات. وتستخدم تقنية الجيل الخامس أيضًا هوائيات أصغر وأكثر اتجاهية، حيث تخدم أكثر من 1000 جهاز لكل متر أكثر من الجيل الرابع. وهذا يعني أن تقنية الجيل الخامس قادرة على التعامل مع الطلب المتزايد على الوصول إلى الإنترنت من الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة التلفزيون الذكية والأجهزة القابلة للارتداء وأجهزة إنترنت الأشياء.
• كمون
  تتمتع تقنية الجيل الخامس بزمن انتقال أقل من الجيل الرابع، مما يعني أنها تتمتع بوقت تأخير أو تأخر أقل في الاتصالات بين الأجهزة والخوادم. يبلغ زمن انتقال تقنية الجيل الخامس حوالي 1 مللي ثانية، بينما يبلغ زمن انتقال تقنية الجيل الرابع حوالي 50 مللي ثانية. يمكن لتقنية الجيل الخامس تمكين المزيد من التطبيقات التفاعلية في الوقت الفعلي، مثل التحكم عن بعد في المركبات والروبوتات والإجراءات الطبية، بالإضافة إلى الألعاب عبر الإنترنت ومؤتمرات الفيديو.

هذه بعض الاختلافات الرئيسية بين 4G و5G. ومع ذلك، تعتمد هذه الاختلافات أيضًا على مدى توفر الشبكات وتغطيتها، بالإضافة إلى توافق الأجهزة وأدائها. للاستمتاع بالمزايا الكاملة لـ 5G، ستحتاج إلى جهاز يدعم 5G ومزود شبكة 5G في منطقتك.

في مشروع إنترنت الأشياء، يتم استخدام كل من 5G و4G لنقل البيانات في البوابة، أي بوابة LoRaWAN، وبوابة AoA (زاوية الوصول)، وما إلى ذلك. غالبًا ما يتم استخدام 4G للأسباب التالية:

• وحدة 4G أرخص.
• السرعة وعرض النطاق الترددي والزمن الكامن ليس لديهم تأثير كبير على أداء النظام.

تستخدم العديد من أجهزة تعقب المركبات تقنية الجيل الرابع لأن هذه التقنية تتمتع بتغطية أفضل على مستوى العالم مقارنة بتقنية الجيل الخامس، في حين أن تقنيتي الجيل الثاني والثالث آخذتان في التخلص التدريجي.

تستخدم بعض تقنيات تحديد المواقع GNSS عالية الدقة، مثل RTK (الحركة في الوقت الحقيقي) و PPK (الحركة بعد المعالجة)، تقنية الجيل الرابع لأنها تحتاج إلى اتصالات أسرع ومزيد من البيانات أثناء تحديد المواقع.

2. LTE و 4G

LTE و4G مصطلحان مرتبطان بتكنولوجيا شبكات الهاتف المحمول. LTE تعني التطور طويل الأمد وهي معيار للاتصالات اللاسلكية ذات النطاق العريض. 4G تعني الجيل الرابع وهو مصطلح عام للجيل الرابع من تكنولوجيا البيانات المحمولة، كما حدده الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU).

LTE هي إحدى التقنيات التي يمكنها توفير سرعات 4G، ولكن لا تستطيع جميع شبكات LTE تلبية معايير 4G، مثل سرعة تنزيل قصوى تبلغ 100 ميجابت في الثانية على الأقل. وللتمييز بين هذه الحالات، تستخدم بعض شركات الاتصالات مصطلح 4G LTE للإشارة إلى شبكة LTE أسرع وأكثر تقدمًا تلبي متطلبات 4G. ومع ذلك، قد تستخدم بعض شركات الاتصالات أيضًا مصطلح 4G LTE لتسويق شبكات LTE الخاصة بها والتي تكون في الواقع أبطأ من معيار 4G.

WiMAX هي تقنية أخرى يمكنها توفير سرعات 4G، والتي تعني Worldwide Interoperability for Microwave Access (التوافق العالمي للتشغيل البيني للوصول إلى الموجات الدقيقة). تشبه WiMAX تقنية LTE من حيث أنها تستخدم الموجات الراديوية لنقل البيانات ولكنها تختلف في بنية الشبكة ونطاق التردد. كانت تقنية WiMAX أكثر شعبية في الأيام الأولى من تقنية 4G، لكن LTE حلت محلها إلى حد كبير في معظم الأسواق.

باختصار، ليس كل من LTE و4G نفس الشيء تمامًا، ولكن غالبًا ما يستخدمهما الناقلون والمستهلكون بالتبادل. LTE هي تقنية محددة يمكنها توفير سرعات 4G، ولكن ليست كل شبكات LTE متوافقة مع 4G. WiMAX هي تقنية أخرى يمكنها توفير سرعات 4G ولكنها أقل شيوعًا من LTE.

3. CAT-M وLTE-M

CAT-M وLTE-M (التطور طويل الأمد للآلات) هما اسمان مختلفان لنفس الشيء: فئة أجهزة في عائلة LTE من تقنيات الهاتف الخلوي المصممة لتطبيقات إنترنت الأشياء. تتمتع أجهزة CAT-M وLTE-M ببعض المزايا مقارنة بأجهزة LTE التقليدية، مثل انخفاض استهلاك الطاقة وعمر البطارية الأطول والتغطية الأفضل والتكلفة المنخفضة. ومع ذلك، فهي تعاني أيضًا من قيود، مثل انخفاض معدلات البيانات ونطاق الترددي الضيق والوظائف المنخفضة.

الاختلافات الرئيسية هي:

• النطاق الترددي
  تستخدم أجهزة CAT-M وLTE-M نطاق ترددي يبلغ 1.4 ميجاهرتز، وهو أصغر كثيرًا من النطاق الترددي النموذجي البالغ 20 ميجاهرتز الذي تستخدمه أجهزة LTE الأخرى. وهذا يعني أنها يمكن أن تستوعب المزيد من الأجهزة في نفس الطيف ولديها سعة بيانات وسرعة أقل.
• معدلات البيانات
  تتمتع أجهزة CAT-M وLTE-M بمعدلات بيانات قصوى تصل إلى 1 ميجابت في الثانية في كل من التنزيل والتنزيل، وهو ما يكفي لمعظم تطبيقات إنترنت الأشياء ولكن ليس للخدمات ذات النطاق الترددي العالي مثل بث الفيديو أو الألعاب. يمكن لأجهزة LTE الأخرى الوصول إلى ما يصل إلى 10 ميجابت في الثانية في التنزيل و5 ميجابت في الثانية في التنزيل (CAT-1) أو حتى أعلى (CAT-4 وما فوق).
• استهلاك الطاقة
  تتمتع أجهزة CAT-M وLTE-M باستهلاك طاقة أقل من أجهزة LTE الأخرى، مما يعني أنها يمكن أن تعمل بالبطاريات لفترات أطول. كما أنها تدعم ميزات توفير الطاقة مثل وضع توفير الطاقة (PSM) والاستقبال المتقطع الممتد (eDRX)، مما يسمح لها بالدخول في وضع السكون أو تقليل نشاطها عند عدم الاستخدام.
• التغطية
  تتمتع أجهزة CAT-M وLTE-M بتغطية أفضل من أجهزة LTE الأخرى، وخاصة في الأماكن المغلقة والمناطق الريفية. ويمكنها استخدام التكرار وتكييف الارتباط لتحسين جودة الإشارة وموثوقيتها. كما تدعم وضع تعزيز التغطية (CEM)، الذي يسمح لها بالإرسال بمستويات طاقة أعلى والاستقبال بمستويات إشارة أقل.
• تعقيد
  تتمتع أجهزة CAT-M وLTE-M بتعقيد أقل من أجهزة LTE الأخرى، مما يعني أن متطلبات الأجهزة والبرامج لديها أبسط. كما أنها تحتوي على ميزات ووظائف أقل، مثل دعم الصوت أو تجميع الناقل أو الهوائيات المتعددة.