物联网标准NB-IoT和LoRa,究竟谁能更胜一筹

物联网标准NB-IoT和LoRa,究竟谁能更胜一筹,第1张

没有什么胜不胜的,只是各自的应用领域不同而已,LoRa比较适合局域网,自己管理数据,自己架设基站进行数据处理,比如一个农场、一个蔬菜基地等,而NB-IoT较适合广域网部署,应用领域比较适合广泛部署,一个特征应用比如共享单车就比较适合NB而不适合LoRa,比较像是3/4G跟WiFi的关系,所以不存在竞争及谁更优胜的问题

LoRa和NB-IoT都是新兴的低功耗广域网(LPWAN)技术。作为中国目前的两大主流技术,都备受关注。在国家政策的大力支持下,NB-IoT技术发展如日中天。相比之下,由于频段许可问题而沉寂了很长一段时间的LoRa技术则低调得多。那么LoRa和NB-IoT有什么不同呢?它们各自的优势是什么?

不同的商业模式

首先,我们需要明确的是,LoRa和NB-IoT最基本的运营模式截然不同。

NB-IoT是运营商代理建设的网络,业主无需考虑基站部署。NB-IoT可以在通信基站本身的基础上进行改造,不需要很多的工作量就可以进行组网。那么 *** 作员就可以掌握该数据通道进行计费。那么运营商只要掌握了该数据通道就可以轻而易举的进行收费。

但同时,网络拥有者无法控制网络质量。如果存在信号盲区,也不可能对网络进行优化,为盲区信号进行补充。而且,数据的保密性对所有者来说也是无法控制的。

与NB-IoT恰恰相反,LoRa是企业自建网络。业主可以独立控制网络质量,运营数据掌握在业主手中。他们还可以根据业务需要扩展网络。

用户无需依赖运营商即可完成LoRa网络部署,不仅布局更快,成本也更低。在社区、农场、工业园区等封闭区域,特别是NB-IoT信号较弱的室内和地下环境,LORA技术优势就突显出来了。由于LoRa技术的兴起,如果民企想要涉足远距离通信,非授权频段就是一个完美的选择。

不同的工作频段

NB-loT工作在授权频段,也就是专门分配的频段。业主不能在这个频段内发送信号。国内三大运营商:电信、移动和中国联通都参与了NB-IoT,现在华为也在大力推广这一技术。

LoRa在无证频段工作,只能在某些频段工作。NB-IOT必须由运营商提供,并且必须使用运营商的网络。这就是国内运营商支持NB-IOT技术的原因。

不同的运营成本

1 NB-loT由运营商进行网络建设,用户承担NB模块硬件费用和NB-loT运营商的网络租赁费。

2LoRa为自建网络,用户只需承担LoRa模块费用+LoRa基站费用。

模块功耗不同

1、目前NB功耗高于LORA,但具体比较与终端数据接收和发送频率有较大关系;高频应用对NB功耗影响较大,与休眠/唤醒机制关系较大,而LORA受此影响较小。

2、如果是低频采集,比如一个月一次,那么NB的功耗可以保证几年的使用寿命,完全可以支撑应用;如果是高频采集,比如每小时一次,甚至半小时,预计NB的功耗至少是LoRa的3倍以上。

NB-loT的应用场景

(1)共享单车

(2)智能抄表(业主对采集频率不高,对网络可用性没有高要求的)

(3)蓄水/管网监测

(4)智能穿戴系列

(5)智能停车

(6)道路停车检测器

(7)矿区、采掘业、郊区重工业等领域和郊区

(8)区域集中式:例如,大学、普教、园区等场所

LoRa的应用场景

(1)智能抄表(对网络可用性有高要求)

(2)道路泊车检测器

(3)野外郊区作业,如矿业、采掘业、郊区重工业等;

(4)区域集中型(用户希望建设私网)

LoRa与NB-IOT的发展前景

与NB-IOT相比LoRa仍具有一定的优势。一个是自由度,因为NB-IOT依赖于运营商的基础网络建设。在许多情况下,运营商的基础设施不在覆盖范围内,而LoRa是一个自主网络。一些公司不喜欢将数据传输给其他公司,甚至运营商,因此一些公司会选择部署自己的LoRa网络,在安全性方面LoRa更胜一筹。

虽然LoRa的口碑不如NB-IOT,但就资历而言,LoRa绝对比NB-IOT强势得多。

LoRa改变了传输功耗和传输距离的平衡,改变了嵌入式通信领域的局面。给人们一种全新的技术,可以实现远距离、长续航、大系统容量和低成本的硬件。

随着LoRa联盟的推进,LoRa的产业链已经非常成熟。从基础芯片、模块到设备制造,都有相关厂商。在中国,LoRa可能没有NB-IOT那么出名,但在世界上,LoRa是非常受欢迎的。世界上有52家运营商正在部署LoRa网络,100多个国家正在进行试点。

5月8日,工信部发布的关于推进物联网发展的通知中,明确提出要构建完整的NB-IoT产业链,并且提出了NB-IoT的覆盖目标,并且大力扶持NB-IoT的发展。NB-IoT是一个风口,NB-IoT产业链也大有可为,但还想需要网络、芯片模块、平台等共同努力促进物联网发展。

LoRa全称是Long Range,是远距离的意思。它是一种物理层的无线数字通信调制技术,也称扩频连续调频调制技术,具有传输距离远、抗干扰性强、组网灵活、低功耗等特点,适用于信号覆盖弱、有长距离通信需求的场景。
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技术对比

1、工作频段与服务质量

对于工作频段而言,在远距离通讯中,对于LoRa来说,处于非授权频段进行工作,与其他行业的无线通讯网络相比较,在LoRa技术中融入了线性调频技术,充分确保了工作频段的低功耗性,在很大程度上,增加了通讯距离 。对于NB-IoT技术,主要是建立在蜂窝技术的基础之上,采用了1GHz之下的授权频段。

与NB-IoT相比,LoRa技术的抗干扰能力较强,且可实现多信道数据的并行处理,但无法提供与NB-IoT相同的服务质量,若想取得更高的服务质量,需要投入更多的资源。在NB-IoT技术之中,通过授权频段及同步协议,可为服务质量打下基础,而对于LoRa技术,其应用的场景不能对该技术有很高的服务质量要求。通过比较,NB-IoT更加可靠,可以为用户提供高质量服务,用户体验更佳,大部分运营商也更加青睐于NB-IoT。

2、网络覆盖范围与成本

在网络覆盖范围方面,NB-IoT覆盖面更大。在郊区,利用LoRa技术,传输距离只能达到15千米,而利用NB-IoT技术,传输距离可达35千米,超过前者的两倍。不过,在部署方面,LoRa要优于NB-IoT。对NB-IoT进行部署的时候,信号强度取决于4G/ITE的情况,比如NB-IoT无法部署在4G未覆盖的农村地区。在成本方面,虽然NB-IoT的服务质量比较好,但在频段授权方面,会花费很多的资金,在每个基站中,最少的投资资金也需要15000美金;对于LoRa技术,其服务质量不高,只能够适用于要求比较少的场景中,在部署成本方面,比NB-IoT会少很多。

3、电池寿命与频段利用率

对于IoTaWAN协议,能够按照实际的应用场景,对节点的通讯频率进行合理调整,有效降低了运行能耗,不管是蜂值电流,还是休眠电流均比较小,有效延长了电池的使用寿命。

市场定位

1、LoRa技术

在LoRa技术中,其协议具有一定的独特性,能够根据客户的需求,及时做出相应的改变,在网络部署方面, 花费的成本也相对较低。一般来说,LoRa技术可以应用在具有特殊要求的网站中,比如说:企业以及政府机构等。LoRa技术具有较强的灵活性,也比较经济实惠。不仅如此,LoRa可以满足定位跟踪额的需求,功耗比较低,其连接量比较大。

在我国的各个城市中,具有诸多的高速公路,各个国道和省道 也正在不断的发展中,在这样的背景下,出现了智慧道路。在LoRa技术的基础上,提出了智慧道路的想法,利用LoRa信号覆盖,能够有效处理道 路中诸多的突发情况,缓解了交通拥堵现象。

(1)应急终端

在道路中,一旦出现车祸,又或者车辆出现问题的情况下,在路灯杆中,经过应急终端的安装,可以向道路管理云平台发送相应的求助请求信息。在道路管理云平台中,经过接收相应的请求之后,得䀐GIS,可以准确掌握事发地点,进而安排适合的人员,准确 到达事发地点,有效处理交通事故。

(2)手机APP用户端

在APP客户端中,用户能够接收道路管理云平台所发送的交通情况信息,在道路管理云平台中,可以向自己 车辆发送其所在路段的交通信息,在智慧道路中,提供的信息比较准确。

(3)道路管理云平台

对于道路云平台,主要的功能包括两方面,第一,接收应急终端的求助请求;第二,在APP客户端中,为客户及时反馈路况。

2、NB-IoT技术

NB-IoT是基于蜂窝技术建立的,其服务质量比较高,受到诸多运营商的认可。由于国际标准的指定,在加上监管政策的实施,运营商对NB-IoT技术进行了大力推广,在网络部署中,NB-IoT技术得到了广泛应用,在公网以及运营商级的相网络中,NB-IoT技术具有明显的优势。如今,在市场中,经过NB-IoT技术的应用,可以满足低传递速率的场景,还能满足时间延长较少的场景,具体的应用实例如下。

以NB-IoT为基础,这样的智慧消防栓能够有效弥补传统消防栓的不足,尤其是消防栓偷水、漏水、倾斜撞倒、故障检测等方面的问题。对于NB-IoT技术,应用在智慧消防栓的时候,主要优势为以下几个方面。

(1)状态监测 监测城市各街道消火栓状态,以及电源、水压是否正常、完好;消火栓开水监测及开水持续时间监测;消火栓完好监测(倾斜、撞倒);

(2)异常实时报警 出现突发情况,系统自动发出报警信息,通知相关人员对有安全隐的地点采取紧急措施,避免出现意外;

(3)偷水漏水监测 硬件方案内置感应传感器,可感应消火栓转轴的拧动,从而获取消火栓的阀位开关度,监测偷水漏水。

(4)人员识别 通过在嵌入式主板集成RFID识别器,并为每个维护管理人员配备相应的IC卡,可精确判断消防栓的开闭是否属于正常维护,实现智能化管理。

(5)地图精确定位 系统架构GIS地理信息系统平台,将消防辖区内消防栓数据定位在地图上,直观显示每个消防栓地理位置以及状态。

3、LoRa与NB-IoT的共同发展

经过大量的分析可知,LoRa与NB-IoT有着自己的技术特点,其市场特性也是不同的,在这两者中,技术都不是完整的,根据目前物联网发展的情况可知,LoRa与NB-IoT的共同发展是未来的发展方向,经过这两项技术的联合应用,可以优势互补,进而建立更加健全的物联网网络层,扩大物联网的立体格局。

综上所述,在物联网市场中,经过LoRa、NB-IoT技术的应用,开创了物联网的新格局,促进了各个行业的发展。对于LoRa技术,可以有效应用在网络部署中,而NB-IoT技术的服务质量比较高,在公用网络值得推广使用。

LoRa和NB-IoT同样都属于LPWAN(低功率广域网络),是对目前网络通信的补充,主要用于物联网领域,例如“共享单车”“智慧农业”等领域。他们共同的特点是“覆盖范围广”、“低功耗,待机时间长”、“布置成本低”,技术本身是没有“优劣之分”的,主要是应用的区别。NB-IoT利用的是运营商专有频谱,是需要给运营商定期交钱的,LoRa需要自己进行网络建设,但是建成之后不需要再交钱,所以2017年开始国内3家运营商都开始建设NB-IoT网络,当时工信部的发文是要“到2020年,NB-IoT网络实现全国普遍覆盖”,本来以为NB-IoT网络会在国内大获全胜,可是现在已经2019年底了,3家运营商对NB-IoT网络的建设都已经减缓。因为NB-IoT的基站不像手机基站那样只要有人的地方就要覆盖的,一般是在有需要的地方才覆盖,运营商也要算投入产出比,所以目前实施的NB-IoT项目很多都发现网络覆盖不够好,还有很多的项目运营商会转用2G网络去代替NB-IoT。对于很多需要LPWAN的应用,如智慧农业、智慧电网等覆盖范围非常广、传输点位不多的项目,运营商是不会去专门建基站的,这种情况就非常适合用户自己利用LoRa去建设物联网络。个人认为LoRa会比较适合物理网应用,但是NB-IoT和LoRa会在非常长的时间里边共存,直到下一次的技术革新。

随着物联网、大数据、AI等技术的发展,我国智慧城市建设正从连接互联网的10时代,向更高效的数据互联的20时代迈进。智慧城市不再只是信息互联网化,而是人工智能化的新型基础设施的集合,比如,智慧城市中的智慧市政(水电煤能源、管网、路灯等)、智慧交通、智慧安监等。

在此背景下,能源、建设、生产、安保等城市经济服务等方面的物联网建设,正在形成下一个风口。据统计,物联网应用市场规模或达万亿级,目前已吸引了腾讯、阿里等互联网巨头以及移动、铁塔、联通等电信企业布局市场。

智慧城市建设迎来新阶段

近年来,我国多个城市开展了智慧城市建设试点,有效改善了公共服务水平,提升了管理能力,促进了城市经济发展。而在信息化后,智慧城市正在进入以智慧化、精细化治理为重要特征的新型智慧城市阶段。

2019年初,西安正式发布《关于加快推进新型智慧城市建设的决定》,明确提出将推进城市的智慧治理,优化城市管理。升级数字城管系统,搭建一体化城市管理平台等。

湖南省日前印发5G应用创新发展三年行动计划指出,到2021年,“5G+”行动计划初见成效,在工业互联网、自动驾驶、超高清视频、网络安全、医疗 健康 、智慧城市、数字乡村、生态环保等重点领域,打造100个以上示范应用场景。

北京市海淀区宣布,2019年上半年,海淀区拨付智慧海淀专项资金33亿元。包括试点搭建“城市大脑”基础平台,运用大数据、云计算和人工智能技术,在大力整合各部门信息化系统的基础上,加快推动城管、交通、环卫、安防、教育、医疗、社区等领域的智能化项目落地等。

中商产业研究院发布的《2019-2024年中国智慧城市建设发展前景与投资分析报告》显示,截至2016年底,国内100%的副省级以上城市、87%的地级以上城市提出了智慧城市计划,前三批智慧城市试点共签约311个城市,重点项目签约总量超过4000个。总计约500多个城市已提出智慧城市发展计划或在建智慧城市,预计总投资规模将达到万亿元级别。

万亿级应用场景显现

近日,在2019深圳国际LoRa物联网高峰论坛上,腾讯云物联网产品中心产品总监石文凭表示,在城市发展升级的进一步需求中,物联网应用市场的规模或达万亿级。

GSMA智库前不久发布的全球物联网市场报告显示,包括连接、应用、平台与服务等多方面,2025年全球物联市场将达到15万亿美元,商业应用更是占据了整个物联网市场的半壁江山。据中国物联网研究发展中心预计,2025年我国物联网产业规模将达2万亿元。

“但碎片化是目前物联网行业面临的问题。”深圳市唯传 科技 有限公司创始人、CEO姚晓海表示,从目前来看,无论应用场景还是客户规模均呈现碎片化,极为分散,因此多终端、多技术的融合将会是物联网的一个大趋势。

姚晓海说,作为智慧城市建设的一个重要方面,以仪器为终端,万物的统计、检测、计量都会基于物联网应用去做管理。同时,由于这种连接并不需要大量的数据传送,只需要在关键时间点进行数据传输,因此低功耗、低成本将是其应用的关键。

具体来看,任何一种无线通信技术都有自己适合的应用场景,LPWAN具有的低功耗、广覆盖、大连接以及低成本等特点,相比于传统的3G、4G、WiFi、ZigBee等通讯技术,更为适用于物联网行业。目前,LPWAN技术尚未形成统一标准,LoRa、NB-IoT、eMTC、Sigfox等都是比较典型的LPWAN技术。其中,作为最早出现的LPWAN技术之一,LoRa的主要优势在于传输距离远、功耗低、大容量以及组网灵活等。

姚晓海介绍说,LoRa的价值在于低功耗、远距离传输以及高度自主的布网能力,适用于对连续覆盖、深度覆盖要求高的场景,同时在一些特定细分场景中,比如偏远或边缘地区,更是有其他通信技术无可比拟的优势。“LoRa的最大特点就是在同样的功耗条件下,比其他无线方式传播的距离扩大3至5倍,实现了低功耗和远距离的统一。”

除了可控距离外,LoRa技术还可大幅度降低建设成本。姚晓海表示,LoRa不需要建设基站,一个网关便可控制较多设备,并且布网方式较为灵活。另外,对比24G和蓝牙、WiFi等技术,LoRa稳定性较高,也较为安全;而基于短距离射频技术和蜂窝基础设施和基于互联网的物联网网络均有数十亿终端分散在各处,造成部分信号难以长距离输送,且安全性有待考量。

姚晓海表示,国内LoRa产业生态正在不断完善,LoRa技术的应用场景也在不断扩充。未来,LoRa必将会在物联网产业中扮演重要角色。据统计,目前全球已有100个国家和地区的网络运营商部署了LoRa网络。

众巨头加速布局

目前,我国互联网巨头也已开启LoRa布局。腾讯方面,腾讯与维传共同成立深圳腾传物联技术有限公司,共建LoRaWAN网络,为各种物联网应用和终端用户(如政府公共服务)提供从设备、边缘到云端的LoRaWAN一体化解决方案。

腾讯云物联网产品中心产品总监石文凭表示,基于LoRa连接技术,腾讯已经在智慧城市、智慧停车、智慧社区、智慧消防等领域进行了规模化的应用。“但物联网的产业链非常长,这不是一家企业所能通吃的,需要各个不同环节的企业合作共赢,才能更好地促进产业发展。”

阿里云方面表示,除了将继续加大在LoRa芯片、IP、支撑平台上的投入外,未来还将全力打造百亿级LoRa连接,尽快实现LoRa的全面普及。阿里云智能IoT总监华璐坷表示,LoRa技术经过数年发展,已经初具规模,产业发展也进入了一个新的阶段。

华璐坷说,阿里提出了一个LoRa20的概念,在LoRa20时代,LoRa的技术特点与应用场景将逐渐转向室内消费级应用,这将会极大规模地促进LoRa的应用范围,未来LoRa将会如WiFi一样在企业中普及。

LoRa

LoRa(长 距离)是由Semtech公司开发的一种技术,典型工作频率在美国是915MHz,在欧洲是868MHz,在亚洲是433MHz。LoRa的物理层 (PHY)使用了一种独特形式的带前向纠错(FEC)的调频啁啾扩频技术。这种扩频调制允许多个无线电设备使用相同的频段,只要每台设备采用不同的啁啾和 数据速率就可以了。其典型范围是2km至5km,最长距离可达15km,具体取决于所处的位置和天线特性。

LoRa芯片在整个产业链中处于基础核心地位,重要性不言而喻。值得注意的是,目前美国Semtech公司是LoRa芯片的核心供应商,掌握着LoRa底层技术的核心专利。而Semtech的客户主要有两种,一是获得Semtech LoRa芯片IP授权的半导体公司;二是直接采用Semtech芯片做SIP级芯片的厂商,包括微芯 科技 (Microchip)等。

Wi-Fi

Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例,最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。然而,它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。

大多数Wi-Fi版本工作在24GHz免许可频段,传输距离长达100米,具体取决于应用环境。流行的80211n速度可达300Mb/s,而更新的、工作在5GHz ISM频段的80211ac,速度甚至可以超过13Gb/s。

一 种被称为HaLow的适合物联网应用的新版Wi-Fi即将推出。这个版本的代号是80211ah,在美国使用902MHz至928MHz的免许可频段, 其它国家使用1GHz以下的类似频段。虽然大多数Wi-Fi设备在理想条件下最大只能达到100米的覆盖范围,但HaLow在使用合适天线的情况下可以远达1km。

80211ah 的调制技术是OFDM,它在1MHz信道中使用24个子载波,在更大带宽的信道中使用52个子载波。它可以是BPSK、QPSK或QAM,因此可以提供宽 范围的数据速率。在大多数情况下100kb/s到数Mb/s的速率足够用了——真正的目标是低功耗。Wi-Fi联盟透露,它将在2018年前完成 80211ah的测试和认证计划。

针对物联网应用的另外一种新的Wi-Fi标准是80211af。它旨在使用从54MHz到698MHz范围内的电视空白频段或未使用的电视频道。这些频道 很适合长距离和非视距传输。调制技术是采用BPSK、QPSK或QAM的OFDM。每个6MHz信道的最大数据速率大约为24Mb/s,不过在更低的 VHF电视频段有望实现更长的距离。
ZigBee

ZigBee,也称紫蜂,是一种低速短距离传输的无线网上协议,底层是采用IEEE 802154标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee是物联网的理想选择之一。

虽然ZigBee一般工作在24GHz ISM频段,但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在24GHz频段中数据速率是250kb/s。它可以用在点到点、星形和网格配置中,支持多达254个节点。与其它技术一样,安全性是通过AES-128加密来保证的。ZigBee的一个主要优势是有预先开发好的软件应用配 置文件供具体应用(包括物联网)使用。最终产品必须得到许可。

ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事?举一个简单的例子就可以说明这个问题,当一队伞兵空降后,每人持有一个ZigBee网络模块终端,降落到地面后,只要他们彼此间在网络模块的通信范围内,通过彼此自动寻找,很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且,由于人员的移动,彼此间的联络还会发生变化。因而,模块还可以通过重新寻找通信对象,确定彼此间的联络,对原有网络进行刷新。这就是自组织网。

NB-IoT

窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)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。

蓝牙50

蓝牙是一种无线传输技术,理论上能够在最远 100 米左右的设备之间进行短距离连线,但实际使用时大约只有 10 米。其最大特色在于能让轻易携带的移动通讯设备和电脑,在不借助电缆的情况下联网,并传输资料和讯息,目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。新到来的蓝牙 50 不仅可以向下相容旧版本产品,且能带来更高速、更远传输距离的优势。


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