深度解析LoRa與NB-IoT的區(qū)別

深度解析LoRa與NB-IoT的區(qū)別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(chǎng)景方面會(huì)有不同。本文針對(duì)二者的區(qū)別進(jìn)行闡述，并且對(duì)各自適合的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行說(shuō)明。一、引言物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要考慮許多因素，例如節(jié)點(diǎn)成本，網(wǎng)絡(luò)成本，電池壽命，數(shù)據(jù)傳輸速率（吞吐率），延遲，移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以及部署類型等。可以說(shuō)沒(méi)有一種技術(shù)可以滿足IoT所有的需求。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(chǎng)景方面會(huì)有不同。這里會(huì)針對(duì)二者的區(qū)別進(jìn)行闡述，并且對(duì)各自適合的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行說(shuō)明。二、頻段，服務(wù)質(zhì)量和成本LoRa工作在1GHz以下的非授權(quán)頻段，故在應(yīng)用時(shí)不需要額外付費(fèi)。NB-IoT和蜂窩通信使用1GHz以下的授權(quán)頻段。處于500MHz和1GHz之間的頻段對(duì)于遠(yuǎn)距離通信是最優(yōu)的選擇，因?yàn)樘炀€的實(shí)際尺寸和效率是具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)的。LoRaWAN使用免費(fèi)的非授權(quán)頻段，并且是異步通信協(xié)議，對(duì)于電池供電和低成本是最佳的選擇。LoRa和LoRaWAN協(xié)議，在處理干擾、網(wǎng)絡(luò)重疊、可伸縮性等方面具有獨(dú)特的特性，但卻不能提供像蜂窩協(xié)議一樣的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。據(jù)悉授權(quán)的Sub-GHz頻段的競(jìng)拍，每MHz價(jià)格超過(guò)5億美金。蜂窩網(wǎng)絡(luò)和NB-IoT出于對(duì)服務(wù)質(zhì)量（QoS）的考慮，并不能提供類似LoRa一樣的電池壽命。由于QoS和高昂的頻段使用費(fèi)，需要確保QoS的應(yīng)用場(chǎng)景推薦使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)和NB-IoT，而低成本和大量連接是首選項(xiàng)的話LoRa是不錯(cuò)的選擇，如下圖。三、電池壽命和下行延遲蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的理念是最優(yōu)的頻段利用率，相應(yīng)的就犧牲了節(jié)點(diǎn)成本和電池壽命。相反，LoRaWAN節(jié)點(diǎn)是為了低成本和長(zhǎng)電池壽命而生，在頻段利用率方面有一定的欠缺。關(guān)于電池壽命方面有兩個(gè)重要的因素需要考慮，節(jié)點(diǎn)的電流消耗（峰值電流和平均電流）以及協(xié)議內(nèi)容。LoRaWAN是一種異步的基于ALOHA的協(xié)議，也就是說(shuō)節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景需求進(jìn)行或長(zhǎng)或短的睡眠，而蜂窩等同步協(xié)議的節(jié)點(diǎn)必須定期地聯(lián)網(wǎng)。例如，現(xiàn)在市面上的手機(jī)工作時(shí)每1.5s必須與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同步。在NB-IoT中，這種同步變少但是仍然在定期進(jìn)行，這樣就額外的消耗了電池的電量。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中調(diào)制是充分利用頻段的有效手段，但是從節(jié)點(diǎn)的角度這并不是有效的。蜂窩的調(diào)制（OFDM或者FDMA）需要一個(gè)線性的發(fā)射器來(lái)產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，而一個(gè)線性的發(fā)射器需要的峰值電流比非線性調(diào)制多幾個(gè)數(shù)量級(jí)，越高的峰值電流會(huì)消耗電池更多的電量。但同步的通信協(xié)議在較短的下行延遲方面具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)NB-IoT可以為需要大量數(shù)據(jù)吞吐量的應(yīng)用提供快速的數(shù)據(jù)傳輸速率。而LoRaWAN的ClassB通過(guò)定期地（編程實(shí)現(xiàn)）喚醒終端以收取下行消息而縮短了下行通信的延遲。所以對(duì)于需要頻繁通信、較短的延遲或者較大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用來(lái)說(shuō)NB-IoT或許是更好的選擇，而對(duì)于需要較低的成本、較高的電池壽命和通信并不頻繁的場(chǎng)景來(lái)說(shuō)LoRa更好。四、網(wǎng)絡(luò)覆蓋和部署時(shí)間表節(jié)點(diǎn)工作的本質(zhì)需求是網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，對(duì)于NB-IoT來(lái)說(shuō)一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)是可以通過(guò)升級(jí)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施來(lái)提供網(wǎng)絡(luò)部署，但是這種升級(jí)僅限于某些特定的4G/LTE基站，并且花費(fèi)較高。并且這種升級(jí)僅適于已經(jīng)具有4G/LTE覆蓋的城區(qū)，對(duì)于偏遠(yuǎn)或者郊區(qū)等沒(méi)有4G覆蓋的來(lái)說(shuō)并不合適。NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)在16年6月公布，預(yù)計(jì)模塊將于17年上半年量產(chǎn)發(fā)布。除網(wǎng)絡(luò)部署之外，相應(yīng)的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)鏈的建立還需要更長(zhǎng)的時(shí)間和努力去探索，但是市場(chǎng)需求和機(jī)會(huì)是否會(huì)等待呢？LoRa的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)已經(jīng)較為成熟了，產(chǎn)品也處于“蓄勢(shì)待發(fā)”的狀態(tài)，同時(shí)全球很多國(guó)家正在進(jìn)行或者已經(jīng)完成了全國(guó)性的網(wǎng)絡(luò)部署。LoRa產(chǎn)業(yè)鏈一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)環(huán)節(jié)的成員都掌握著自主性，一些大公司正在計(jì)劃創(chuàng)造一種混合型的商業(yè)模型來(lái)部署網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用。但NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈會(huì)受到頻段、運(yùn)營(yíng)商等限制。五、設(shè)備成本,網(wǎng)絡(luò)成本和混合模型對(duì)終端節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，LoRaWAN協(xié)議比NB-IoT更簡(jiǎn)單，更容易開(kāi)發(fā)并且對(duì)于微處理器的適用和兼容性更好。NB-IoT的調(diào)制機(jī)制和協(xié)議比較復(fù)雜，這就需要更復(fù)雜的電路和更多的花費(fèi)，同時(shí)NB-IoT和3GPP一樣是要收稅的?，F(xiàn)階段對(duì)于一部手機(jī)的稅費(fèi)大概是5美元，但這對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來(lái)說(shuō)顯得太昂貴了，而且如果貿(mào)然的降低稅費(fèi)會(huì)引起手機(jī)等移動(dòng)通信市場(chǎng)的價(jià)格混亂。所以3GPP組織如何權(quán)衡IoT和移動(dòng)通信兩方面稅費(fèi)問(wèn)題也個(gè)大問(wèn)題。低成本、技術(shù)相對(duì)成熟的LoRa模塊已經(jīng)可以在市場(chǎng)上找到了，并且升級(jí)版還會(huì)接踵而至。LoRa聯(lián)盟沒(méi)有過(guò)多版權(quán)和稅費(fèi)的限制使得在LoRa產(chǎn)業(yè)鏈下模塊低于4美元是十分可觀的?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的LoRa模塊價(jià)格一般在7-10美元，但是隨著技術(shù)的成熟度提高4-5美元并不是大問(wèn)題。而現(xiàn)在一個(gè)LTE模塊的價(jià)格卻很難低于20美元。相對(duì)于傳統(tǒng)的只依靠“鐵塔”部網(wǎng)，對(duì)于IoT和LPWAN來(lái)說(shuō)部署需要使用不同模型以降低支出和運(yùn)營(yíng)成本。LoRaWAN部署花費(fèi)更少，因?yàn)榭梢岳脗鹘y(tǒng)的信號(hào)塔、工業(yè)基站甚至是便攜式家庭網(wǎng)關(guān)來(lái)進(jìn)行。現(xiàn)階段一個(gè)塔式的基站價(jià)格大概是1000美元，工業(yè)基站價(jià)格低于500美元，而家庭式的網(wǎng)關(guān)只需要100美元左右。但是對(duì)于NB-IoT來(lái)說(shuō)，升級(jí)現(xiàn)有的4GLTE基站的價(jià)格保守估計(jì)每個(gè)不少于15000美元。六、應(yīng)用舉例如之前提到的，沒(méi)有一種技術(shù)可以同時(shí)滿足IoT應(yīng)用的所有需求。下面將通過(guò)幾個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例來(lái)分析NB-IoT和LoRa各自適合的應(yīng)用場(chǎng)景。A：智能電表在智能電表領(lǐng)域相關(guān)的公司和部門需要高速率的數(shù)據(jù)傳輸、頻繁的通信和低延遲。由于電表是由電源供電的，所以并沒(méi)有超低功耗和長(zhǎng)電池使用壽命的需求。并且還需要對(duì)線網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以便發(fā)現(xiàn)隱患時(shí)及時(shí)處理。LoRaWAN的ClassＣ可以實(shí)現(xiàn)低延遲，但是對(duì)于高傳輸速率和頻繁通信的需求NB-IoT是更適合于智能電表的選擇。并且電表一般安裝在人口密集的地區(qū)的固定位置，所以對(duì)于運(yùn)營(yíng)商部網(wǎng)也較為容易。B：智慧農(nóng)業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)來(lái)說(shuō)，低功耗低成本的傳感器是迫切需要的。溫濕度、二氧化碳、鹽堿度等傳感器的應(yīng)用對(duì)于農(nóng)業(yè)提高產(chǎn)量、減少水資源的消耗等有重要的意義，這些傳感器需要定期地上傳數(shù)據(jù)。LoRa十分適用于這樣的場(chǎng)景。而且很多偏遠(yuǎn)的農(nóng)場(chǎng)或者耕地并沒(méi)有覆蓋蜂窩網(wǎng)絡(luò)，更不用說(shuō)4G/LTE了，所以NB-IoT并不如LoRa一樣適合于智慧農(nóng)業(yè)。C：自動(dòng)化制造工廠機(jī)器的運(yùn)行需要實(shí)時(shí)的監(jiān)控，不僅可以保證生產(chǎn)效率而且通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控可以提高人工效率。在工廠的自動(dòng)化制造和生產(chǎn)中，有許多不同類型的傳感器和設(shè)備。一些場(chǎng)景需要頻繁的通信并且確保良好的服務(wù)質(zhì)量（QoS），這時(shí)NB-IoT是較為合適的選擇。而一些場(chǎng)景需要低成本的傳感器配以低功耗和長(zhǎng)壽命的電池來(lái)追蹤設(shè)備、監(jiān)控狀態(tài)，這時(shí)LoRa便是合理的選擇。所以對(duì)于自動(dòng)化生產(chǎn)制造的多樣性來(lái)說(shuō)，NB-IoT和LoRa都有用武之地。D：智能建筑對(duì)于建筑的改造，加入溫濕度、安全、有害氣體、水流監(jiān)測(cè)等傳感器并且定時(shí)的將監(jiān)測(cè)的信息上傳，方便了管理者的監(jiān)管同時(shí)更方便了用戶。通常來(lái)說(shuō)這些傳感器的通信不需要特別頻繁或者保證特別好的服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)便攜式的家庭式網(wǎng)關(guān)便可以滿足需要。所以該場(chǎng)景LoRa是比較合適的選擇。E：零售終端（POS）零售終端（POS）系統(tǒng)往往需要較頻繁和高質(zhì)量的通信，而且這些設(shè)備通常有專門供電的設(shè)備，所以對(duì)于較長(zhǎng)的電池使用壽命沒(méi)有要求。同時(shí)對(duì)于通信的時(shí)效性和低延遲要求較高。所以出于以上考慮NB-IoT比較適合于本應(yīng)用。F：物流追蹤追蹤或者定位市場(chǎng)的一個(gè)重要的需求就是終端的電池使用壽命。物流追蹤可以作為混合型部署的實(shí)際案例。物流企業(yè)可以根據(jù)定位的需要在需要場(chǎng)所部網(wǎng)，可以是倉(cāng)庫(kù)或者運(yùn)輸車輛上，這時(shí)便攜式的基站便派上了用場(chǎng)。LoRa可以提供這樣的部署方案，而對(duì)于NB-IoT來(lái)說(shuō)追蹤范圍過(guò)大基站的鋪設(shè)是很大的問(wèn)題。同時(shí)LoRa有一個(gè)特點(diǎn)，在高速移動(dòng)時(shí)通信相對(duì)于NB-IoT更穩(wěn)定。出于以上的考慮，LoRa更適合于物流追蹤。7、總結(jié)IoT領(lǐng)域并沒(méi)有一個(gè)沒(méi)有爭(zhēng)議的選擇，每一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景都有自己獨(dú)特的需求和考慮。本文闡述了NB-IoT和LoRa二者各自的特點(diǎn)和商業(yè)模式，相信二者在IoT市場(chǎng)上都將有一席之地。8、LoRa和NB-IoT的區(qū)別第一，頻段。LoRa工作在1GHz以下的非授權(quán)頻段，在應(yīng)用時(shí)不需要額外付費(fèi)，NB-IoT和蜂窩通信使用1GHz以下的頻段是授權(quán)的，是需要收費(fèi)的。

第二，電池供電壽命。LoRa模塊在處理干擾、網(wǎng)絡(luò)重迭、可伸縮性等方面具有獨(dú)特的特性，但卻不能提供像蜂窩協(xié)議一樣的服務(wù)質(zhì)量。NB-IoT出于對(duì)服務(wù)質(zhì)量的考慮，不能提供類似LoRa一樣的電池壽命。

第三，設(shè)備成本。對(duì)終端節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，LoRa協(xié)議比NB-IoT更簡(jiǎn)單，更容易開(kāi)發(fā)并且對(duì)于微處