物联网技术标准NB-IOT和LoRa是个什么鬼？

物联网的快速发展对无线通信技术提出了更高的要求,专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗广域网)也快速兴起。NB-IoT与LoRa是其中的典型代表,也是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。NB-IoT和LoRa两种技术具有不同的技术和商业特性,所以在应用场景方面会有不同。这里会针对二者的区别进行阐述,并且对各自适合的应用场景进行说明。

一. LoRa:易于建设和部署的低功耗广域物联技术

LoRa的诞生比NB-IoT要早些,2013年8月,Semtech公司向业界发布了一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术(Long Range,简称LoRa)的芯片。其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm,与业界其他先进水平的sub-GHz芯片相比,最高的接收灵敏度改善了20db以上,这确保了网络连接可靠性。

它使用线性调频扩频调制技术,即保持了像FSK(频移键控)调制相同的低功耗特性,又明显地增加了通信距离,同时提高了网络效率并消除了干扰,即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰,因此在此基础上研发的集中器/网关(Concentrator/Gateway)能够并行接收并处理多个节点的数据,大大扩展了系统容量。

图1. LoRa技术特点

线性扩频已在军事和空间通信领域使用了数十年,因为其可以实现长通信距离和干扰的鲁棒性,而LoRa是第一个用于商业用途的低成本实现。随着LoRa的引入,嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。这一技术改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式,提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量、低成本的通讯系统。

LoRa主要在全球免费频段运行(即非授权频段),包括433、868、915 MHz等。LoRa网络主要由终端(内置LoRa模块)、网关(或称基站)、服务器和云四部分组成,应用数据可双向传输。如图2所示。

图2:LoRa网络架构

二、后起之秀:NB-IoT技术

NB-IoT是一种3GPP标准定义的LPWA(低功耗广域网)解决方案,是旨在克服物联网主流蜂窝标准设置中功耗高和距离限制、采用授权频谱的技术之一。

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(LPWA)。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。

NB-IoT具备四大特点:

一是广覆盖,将提供改进的室内覆盖,在同样的频段下,NB-IoT比现有的网络增益20dB,覆盖面积扩大100倍;

二是具备支撑海量连接的能力,NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接,支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构;

三是更低功耗,NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年;

四是更低的模块成本,企业预期的单个接连模块不超过5美元。

表1:NB-IoT与LoRa技术参数对比

三、NB-IOT VS LoRa,他们终究还是相遇了

LoRa技术因其各方面优良特性,在很久之前就获得无数拥趸。适逢华为和移动大力推动的NB-IOT技术席卷水气计量圈,在功耗和覆盖面等诸多水气行业关注的功能性问题上,NB-IOT的势头也显得当仁不让。两个具有话题性的技术放在一起,不免让圈里人放在一起比较。

在功耗上,不管是NB-IOT还是LoRa他们都按低功耗来设计可以满足表计的要求,都是10年的寿命,但具体细节目前还没有详解。

在模块的费用上,据了解NB-IOT的芯片大概会在2美元,而LoRa是不会高于5美元,后期的维护两者都是属于容易型,至于是在现有的基础上稍作修改还是会以一个新的收费方式目前没有具体下来。

在安全方面,NB-IOT技术可以达到电信级的安全指数,采用3GPP授权频谱避免干扰问题。而LoRa则采用多层加密的方式,ISM免授权频谱,会存在干扰的问题。

在灵敏度和准确率上,两种技术的链路预算都在155dB以上,对于准确率和灵敏度来说是完全没问题的。(为了有效地对比不同技术之间传输范围的表现,使用一个叫做“链路预算”的定量指标。链路预算包括影响接收端信号强度的每一变量,在其简化体系中包括发射功率加上接收端灵敏度)。

在覆盖(信号)方面,NB-IOT<25km,LoRa<11km相比下LoRa稍逊些。在信号不好时NB-IOT可以重复发送。

对于表计的安装环境,NB-IOT技术在水表行业已经有成功的实施案例,LoRa在面对恶劣环境也是可以的。

网络部署上,对LoRa而言目前略显尴尬,需要有一个强有力的手来推动它的网络建设,而NB-IOT可以基于LTE FDD或是GSM的升级也可以新建。

四.结语

任何技术都不能完全占领市场,NB-IoT将会对整个行业的发展起到促进作用,从某种程度上说,NB-IoT和LoRa是属于两个阵营的。因为NB-IoT主要依赖于运营商的基础设施,进行协议对接,LoRa是一个更灵活的自主网络,在任何需要的地方,都可以进行部署。它们两者在物联网市场中是互补共存的。