【科普】NB-IoT和LoRa有何不同?


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国内主流的两种物联网流派有NB-IoT和LoRa,同为低功耗广域物联网的技术。那NB-IoT和LoRa到底有哪些不同呢?



【科普】NB-IoT和LoRa有何不同?



1、NB-IoT和LoRa定义

  NB-IoT(NarrowBandInternetofThings窄带物联网)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180KHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。

  NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年,同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

  LoRa经常被误用来描述整个LPWAN通信系统,但严格来说,LoRa是Semtech拥有的专有调制格式。LoRa有两种不同的协议栈:LoRaWAN和SymphonyLink。SymphonyLink适用于需要高级功能的工业和企业用户。

  LoRaWAN适用于基于LoRaWAN的移动网络,在欧洲发展得比较快。低功耗广域网(LPWAN)预计将会支持物联网预测的数十亿设备,在整个系统中,由很多个组件组成。物理(PHY)层在硬件层面定义了数据传输的电气规格。数据链路层负责检测PHY层的变化并建立发送数据的协议。

  2、NB-IoT和LoRa本质

  虽然“LoRa”和“LoRaWAN”通常被当做同义词使用,但两者所指并不相同。

  LoRaWAN是在LoRa技术环境中运行的LPWAN协议标准。而LoRa本身是一种用于物联网通信的调制方式。

  另一方面,NB-IoT在2016年中期由3GPP(第三代合作伙伴计划)标准定义,对低数据速率的设备来说优势甚微。NB-IoT可以独立或通过“带内频谱”的方式实现,它有两个主要的变体——一个由诺基亚、爱立信和英特尔发布;另一个由沃达丰(Vodafone)和华为发布。

  简而言之,NB-IoT是一种蜂窝标准,而LoRa不是。

  3、宽带支持

  NB-IoT通常在比LoRaWAN稍高的带宽上工作。3GPP技术的信号带宽要求为180KHz——比Semtech公司的LoRa技术需要的125KHz高一点。有趣的是,NB-IoT和LoRa的信号带宽明显高于Sigfox(另一种主流LPWAN标准),后者工作频率为0.1KHz。

  4、所需网关

  LoRa需要专用网关才能工作,而NB-IoT则不需要。据华为一位高级官员介绍,NB-IoT的基础设施是直接连接基站和传感器设立的(LoRa架构需要通过网关来完成)。虽然目前可用的LoRa网关很强大,而且通常价格有竞争力,但仍有额外一些硬件需要管理,因此可能是一个潜在的麻烦。而NB-IoT根本不需要这些。

  5、NB-IoT和LoRa所需频谱

  LoRa物联网技术在非授权频谱上工作(Sigfox也是这样)。因此由LoRaWAN支持的应用程序成本低——而电池性反而得到提升(以后会越来越多)。与LoRa的异步协议不同,NB-IoT服务是同步的并使用授权频段(LoRa和NB-IoT都使用低于1GHz的频段)。频段授权的成本现在并不低——每MHz的成本大于500美元。电信运营商可以选择在防护频段、4GLTE频谱、或者独立网络中部署NB-IoT。

  6、NB-IoT和LoRa生态系统

  LoRa的生态系统比NB-IoT或其他蜂窝物联网通信标准的生态系统要强。LoRa已经在许多国家地区被采纳为物联网网络标准,包括美国、澳大利亚、新西兰、中国台湾地区和荷兰(LoRa在印度也很火)。NB-IoT相比之下是一个“新玩家”,2017年初才在西班牙进行商业首秀(爱尔兰也将使用NB-IoT网络)。LoRa技术的低成本、广范围、多功能在稳定的生态系统和社区支持中具有优势——但在未来几年内,NB-IoT将有很多机会迎头赶上。

  7、与不同类型应用程序的适用性

  尽管LoRa与NB-IoT之争已经引起了大量的不实消息,但值得注意的是,这两种技术是针对不同类型的终端应用进行的优化。例如,LoRaWAN适合用于需要较低成本、较高电池寿命和并不需要频繁通信的应用程序或设备(比如说一天几次)。相比之下,NB-IoT最适合需要较短的下行延迟并且更频繁通信的应用程序。两种物联网协议都有其独特的价值体现——不能互相取代。

  8、NB-IoT和LoRa运营模式(商业模式)

  NB-IoT是运营商建网。是双刃剑;是其优势所在,也是其劣势所在。

  优势在于:运营商代建网络,业主不需要考虑基站部署;

  劣势在于:

  (1)网络质量取决于运营商,业主无法控制;运营商是面向全行业的网络覆盖,如果出现信号盲区不可能为业主进行网络优化、信号补盲等。

  (2)数据必须经过运营商,业主需要和运营商对接获取经营数据;保密性存在问题,运营数据不可控;对于有能力、有志于自主运营、业务扩展增值的业主来说是个障碍;

  LoRa是企业自建网。与NB运营商建网的优劣势正好相反;

  优势在于:

  (1)业主可自主把控网络质量,对于网络覆盖可快速优化补充;

  (2)可自主运营;运营数据掌握在自己手中,根据业务需要扩展网络;

  劣势在于:需要考虑LoRa基站的部署建设,更多地是表现在基站选址、供电,以及站址协调问题。

  9、NB-IoT和LoRa建设及运营成本

  1.NB-IoT属于运营商建网,用户需要承担的是NB模组硬件成本+NB-IoT运营商网络租用成本。

  2.LoRa属于自建网,用户需要承担LoRa模组成本+LoRa基站成本。

  3.从当前的成本来说,尽管国家及运营商有补贴政策,NB-IoT的模组硬件费用、以及运营成本都高,粗略估算NB-IoT的总成本大约比LoRa高20~30%。但据了解,这和联网点位数整个系统规模也有关系。

  10、模组功耗

  1.NB-IoT的功耗当前比LoRa要高,但具体对比与终端数据接收及发射频率有很大关系;高频应用对NB-IoT的功耗影响非常显著,这与休眠/唤醒机制有很大关系,而LoRa则受此影响较少。

  2.如果是低频采集,如一月一次,那么NB的功耗可保证数年使用寿命,完全可以支撑应用;如果是较高频采集,如一小时甚至半小时一次,预计NB-IoT的功耗将至少是LoRa的三倍以上。

  这一点也是LoRa表现更好。由于NB-IoT在蜂窝授权频谱上工作,设备必须定时(相对频繁地)进行网络同步,这相应会消耗电量。而基于ALOHA的LoRa架构中不需要这样的网络同步。在LoRa的异步频段中,终端应用程序精确决定设备的“休眠”时间,因此电池电量可以轻松保存。NB-IoT的线性发射器需要的“峰值电流”比采用非线性调制的LoRa多几个数量级,对电池施加额外压力。

  11、覆盖深度

  1.NB-IoT是面向公众建的公用网络,并且每台NB基站的建设费用可达数十万;这意味着其覆盖深度的目标是保证大部分终端可用,对于少部分应用终端不太可能去深度覆盖。

  2.LoRa是私网,并且每台LoRa基站的费用只需几千;这意味着其覆盖深度可控,随时可进行补盲。

  12、覆盖地区

  1.NB-IoT属于运营商建网,运营商考虑其效益因素,会更多地考虑在人口密集区域,如一二三四线城市,尤其是市区人口密集区做重点覆盖;那么在人口稀疏地区至少在当前阶段不是重点。

  2.LoRa做为私网建设,则不受此影响。

  远程覆盖也是NB-IoT和LoRa共同的“独特卖点”,NB-IoT在这方面显然更强大,其覆盖范围可延长至18-21公里,高于LoRa提供的12-15公里覆盖范围。然而仔细观察可以发现一个有趣的事实:NB-IO在城市运作良好,但在郊区或农村地区(没有强大4G覆盖的任何地方)表现一般。由于LoRaWAN不依赖蜂窝数据或WiFi,其覆盖范围在所有地区都保持相对稳定。

  13、NB-IoT和LoRa数据速率

  在这方面,NB-IoT或多或少可以将LoRa甩出局。窄带设置中的平均数据速率为200Kbps,大约是LoRa工具运行的数据速率的20倍。NB-IoT的较高数据速率使其成为需要更快速数据吞吐量应用程序的理想选择。LoRa技术做得虽然不错,但NB-IoT仍轻松成为“更快速”应用程序的更高效的物联网协议。

  14、客户资料

  包括LoRa、NB-IoT和Sigfox在内的IoT/M2M通信标准的主要客户是来自世界各地的电信运营商领导者(SK电讯在韩国部署LoRaWAN搭建物联网网络)。LoRa技术也可以被非电信运营商使用——这是NB-IoT做不到的。众包网络可以轻松访问和实施基于LoRa的物联网解决方案(TheThingsNetwork已经这样做了)。NB-IoT的可用性仍然有限。

  总结:根据以上的分析可以看出,很难在LoRa和NB-IoT中选出明确的赢家。两者都有其独特的优点和缺点——由于技术上的差异和不同功能,两者完全可以共存——服务于全球物联网市场的不同部分。可扩展性对于这两种技术来说仍然是一个挑战,两者中是否有一者能成为物联网市场无可争议的长期领导者也有待观望。


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