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LoRa、 NB-IoT优势大比拼

标签: NB-IOT
随着智能城市、大数据时代的来临,无线通信将实现万物连接。很多企业预计未来全球物联网连接数将是千亿级的时代。目前已经出现了大量物与物的联接, 然而这些联接大多通过蓝牙、Wi-Fi等短距通信技术承载,但非运营商移动网络。为了满足不同物联网业务需求,根据物联网业务特征和移动通信网络特点,3GPP根据窄带业务应用场景开展了增强移动通信网络功能的技术研究以适应蓬勃发展的物联网业务需求。
我们正进入万物互联(IoT)的时代,这对于整个移动通信产业来说是一个巨大的机会。这一点在MWC2016上展露无疑。无论是运营商大咖,还是设备商巨头,纷纷展示了完整的物联网解决方案和在不同垂直行业的应用。

    当然,实现这一切的基础,是要有无处不在的网络联接。运营商的网络是全球覆盖最为广泛的网络,因此在接入能力上有独特的优势。然而,一个不容忽视的现实情况是,真正承载到移动网络上的物与物联接只占到联接总数的10%,大部分的物与物联接通过蓝牙、WiFi等技术来承载。

NB-IOT

 

   预计在2022 年,全球 LPWAN 市场的价值将会提升至 460 亿美元以上(2015 年的价值刚刚超过 5 亿美元)。虽然 Semtech 的 LoRa 技术在这一领域稍早处于领先地位,但 NB-IoT(窄带物联网)作为强大的 LPWAN 标准也正在迅速得到广泛认同(今年 1 月,Vodafone 在西班牙推出商业 NB-IoT 网络)。本文对 LoRa 和 NB-IoT 进行逐点分析比较,尝试找出哪一个 LPWAN 协议更具优势:

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。

 

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 180 KHz ——比 Semtech 公司的 LoRa 技术需要的 125 KHz 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 0.1 KHz。

 

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。

 

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、4G LTE频谱、或者独立网络中部署NB-IoT。

 

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。

 

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。

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 电讯去年在韩国部署 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(The Things Network 已经这样做了)。NB-IoT 的可用性仍然有限。

 

网络覆盖

    远程覆盖是 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。

 

    注:LoRa 基站建设成本是部署 NB-IoT 所需的 4G-LTE 基站成本的一小部分。LoRa 所需的较低投资在很大程度上使其处于有利地位。

电池性能

    这一点也是 LoRaWAN 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。

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 200 Kbps,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。

 

注:另一种 LPWAN 技术 Sigfox 的数据速率为 100bps,远低于 NB-IoT 和 LoRa。

私有网络的可用性

    LoRaWAN 技术市场刚刚成熟,在公共网络中得到广泛接受。LoRaWAN 已经在全球各地部署创建“智慧城市”。虽然 NB-IoT 也在公共领域很受欢迎,但不像 LoRa 一样能在私有企业的专有网络中使用。大型企业可以轻松使用 LoRa 创建混合型物联网模型,建设“智能设施”并同时使用公共网络处理设备外信息和活动。而 NB-IoT 只能用于公共网络模式。

 

成本因素
 

    LPWAN 协议无论多强大都需要考虑其低成本,否则它们不能是可行的物联网解决方案。LoRa 在这方面有优势。LoRaWAN 模块的总体成本在 8-10 美元左右,约为 NB-IoT 等蜂窝 LTE 模块价格的一半。NB-IoT 网络的复杂性越高,知识产权相关(授权频段方面)费用更高,提高了 NB-IoT 的总成本。NB-IoT 升级到先进的 4G / LTE 基站比 LoRa 通过工业网关或塔顶网关部署更昂贵。随着市场越来越成熟,LoRa技术的成本预计将进一步下降。

 

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 LPWAN 市场无可争议的长期领导者也有待观望。

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