物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)NB-IOT和LoRa是個(gè)什么鬼？

物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對無線通信技術(shù)提出了更高的要求,專為低帶寬、低功耗、遠(yuǎn)距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗廣域網(wǎng))也快速興起。NB-IoT與LoRa是其中的典型代表,也是最有發(fā)展前景的兩個(gè)低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)。NB-IoT和LoRa兩種技術(shù)具有不同的技術(shù)和商業(yè)特性,所以在應(yīng)用場景方面會(huì)有不同。這里會(huì)針對二者的區(qū)別進(jìn)行闡述,并且對各自適合的應(yīng)用場景進(jìn)行說明。

一. LoRa:易于建設(shè)和部署的低功耗廣域物聯(lián)技術(shù)

LoRa的誕生比NB-IoT要早些,2013年8月,Semtech公司向業(yè)界發(fā)布了一種新型的基于1GHz以下的超長距低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)(Long Range,簡稱LoRa)的芯片。其接受靈敏度達(dá)到了驚人的-148dbm,與業(yè)界其他先進(jìn)水平的sub-GHz芯片相比,最高的接收靈敏度改善了20db以上,這確保了網(wǎng)絡(luò)連接可靠性。

它使用線性調(diào)頻擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù),即保持了像FSK(頻移鍵控)調(diào)制相同的低功耗特性,又明顯地增加了通信距離,同時(shí)提高了網(wǎng)絡(luò)效率并消除了干擾,即不同擴(kuò)頻序列的終端即使使用相同的頻率同時(shí)發(fā)送也不會(huì)相互干擾,因此在此基礎(chǔ)上研發(fā)的集中器/網(wǎng)關(guān)(Concentrator/Gateway)能夠并行接收并處理多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),大大擴(kuò)展了系統(tǒng)容量。

圖1. LoRa技術(shù)特點(diǎn)

線性擴(kuò)頻已在軍事和空間通信領(lǐng)域使用了數(shù)十年,因?yàn)槠淇梢詫?shí)現(xiàn)長通信距離和干擾的魯棒性,而LoRa是第一個(gè)用于商業(yè)用途的低成本實(shí)現(xiàn)。隨著LoRa的引入,嵌入式無線通信領(lǐng)域的局面發(fā)生了徹底的改變。這一技術(shù)改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式,提供一種簡單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長電池壽命、大容量、低成本的通訊系統(tǒng)。

LoRa主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行(即非授權(quán)頻段),包括433、868、915 MHz等。LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端(內(nèi)置LoRa模塊)、網(wǎng)關(guān)(或稱基站)、服務(wù)器和云四部分組成,應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。如圖2所示。

圖2:LoRa網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

二、后起之秀:NB-IoT技術(shù)

NB-IoT是一種3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義的LPWA(低功耗廣域網(wǎng))解決方案,是旨在克服物聯(lián)網(wǎng)主流蜂窩標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置中功耗高和距離限制、采用授權(quán)頻譜的技術(shù)之一。

NB-IoT是IoT領(lǐng)域一個(gè)新興的技術(shù),支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接,也被叫作低功耗廣域網(wǎng)(LPWA)。NB-IoT支持待機(jī)時(shí)間長、對網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接。

NB-IoT具備四大特點(diǎn):

一是廣覆蓋,將提供改進(jìn)的室內(nèi)覆蓋,在同樣的頻段下,NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20dB,覆蓋面積擴(kuò)大100倍;

二是具備支撐海量連接的能力,NB-IoT一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬個(gè)連接,支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);

三是更低功耗,NB-IoT終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長達(dá)10年;

四是更低的模塊成本,企業(yè)預(yù)期的單個(gè)接連模塊不超過5美元。

表1:NB-IoT與LoRa技術(shù)參數(shù)對比

三、NB-IOT VS LoRa,他們終究還是相遇了

LoRa技術(shù)因其各方面優(yōu)良特性,在很久之前就獲得無數(shù)擁躉。適逢華為和移動(dòng)大力推動(dòng)的NB-IOT技術(shù)席卷水氣計(jì)量圈,在功耗和覆蓋面等諸多水氣行業(yè)關(guān)注的功能性問題上,NB-IOT的勢頭也顯得當(dāng)仁不讓。兩個(gè)具有話題性的技術(shù)放在一起,不免讓圈里人放在一起比較。

在功耗上,不管是NB-IOT還是LoRa他們都按低功耗來設(shè)計(jì)可以滿足表計(jì)的要求,都是10年的壽命,但具體細(xì)節(jié)目前還沒有詳解。

在模塊的費(fèi)用上,據(jù)了解NB-IOT的芯片大概會(huì)在2美元,而LoRa是不會(huì)高于5美元,后期的維護(hù)兩者都是屬于容易型,至于是在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上稍作修改還是會(huì)以一個(gè)新的收費(fèi)方式目前沒有具體下來。

在安全方面,NB-IOT技術(shù)可以達(dá)到電信級(jí)的安全指數(shù),采用3GPP授權(quán)頻譜避免干擾問題。而LoRa則采用多層加密的方式,ISM免授權(quán)頻譜,會(huì)存在干擾的問題。

在靈敏度和準(zhǔn)確率上,兩種技術(shù)的鏈路預(yù)算都在155dB以上,對于準(zhǔn)確率和靈敏度來說是完全沒問題的。(為了有效地對比不同技術(shù)之間傳輸范圍的表現(xiàn),使用一個(gè)叫做“鏈路預(yù)算”的定量指標(biāo)。鏈路預(yù)算包括影響接收端信號(hào)強(qiáng)度的每一變量,在其簡化體系中包括發(fā)射功率加上接收端靈敏度)。

在覆蓋(信號(hào))方面,NB-IOT<25km,LoRa<11km相比下LoRa稍遜些。在信號(hào)不好時(shí)NB-IOT可以重復(fù)發(fā)送。

對于表計(jì)的安裝環(huán)境,NB-IOT技術(shù)在水表行業(yè)已經(jīng)有成功的實(shí)施案例,LoRa在面對惡劣環(huán)境也是可以的。

網(wǎng)絡(luò)部署上,對LoRa而言目前略顯尷尬,需要有一個(gè)強(qiáng)有力的手來推動(dòng)它的網(wǎng)絡(luò)建設(shè),而NB-IOT可以基于LTE FDD或是GSM的升級(jí)也可以新建。

四.結(jié)語

任何技術(shù)都不能完全占領(lǐng)市場,NB-IoT將會(huì)對整個(gè)行業(yè)的發(fā)展起到促進(jìn)作用,從某種程度上說,NB-IoT和LoRa是屬于兩個(gè)陣營的。因?yàn)镹B-IoT主要依賴于運(yùn)營商的基礎(chǔ)設(shè)施,進(jìn)行協(xié)議對接,LoRa是一個(gè)更靈活的自主網(wǎng)絡(luò),在任何需要的地方,都可以進(jìn)行部署。它們兩者在物聯(lián)網(wǎng)市場中是互補(bǔ)共存的。