物联网接入技术:NB-IOT与LoRa之争

中国LPWAN市场已形成NB-IOT与LoRa两大技术阵营。NB-IOT自提出以来备受国家及运营商的青睐,工信部明确要求到2020年基站规模要达到150万,连接数要超过6亿。三大运营商自2017年便积极部署NB-IOT网络,目前已基本实现全国覆盖且还在不断的建设之中。因2017年12月工信部印发的《微功率短距离无线电发射设备技术要求》(征求意见稿)》导致2018年上半年LoRa在国内的发展备受争议,但随着广电,铁塔及互联网巨头腾讯,阿里相继加入LoRa阵营,无疑又为LoRa在国内的发展注入一支“强心剂”。那未来两种技术在国内的发展究竟如何呢?

NB-IOT( Narrow Band Internet of Things )、LoRa(long range)是国内主要发展的物联网LPWA技术。国家政策、工作频段、技术特性、网络环境及应用场景需求等因素均会影响两种技术在国内的发展,但未来必将形成以NB-IOT为主LoRa为辅共同促进LPWAN共同发展的局面。对于方案提供商及应用企业来讲,在部署网络时要基于网络环境及场景需求选择合适的无线通信技术。

NB-IOT是国际标准,LoRa是工业实用标准

LPWA技术是专为低速率,低功耗,广覆盖及大连接的物联网应用场景而设计,目前主流的LPWA技术有NB-IOT、eMTC、LoRa和sigfox。其中NB-IOT由通信行业最具权威的标准化组织3GPP制定,并由国际电信联盟ITU批准,属于国际标准; LoRa的核心技术掌握在美国Semtech公司手中,属于企业私有技术。

NB-IOT与 LoRa之争

NB-IOT工作频段由国家分配,价格贵,但能提供相对可靠的服务质量

无线电频谱即无线电波,是介于3HZ到30GHZ之间的电磁波,是一种有限不可再生资源,世界各国政府都将频谱列为国家所有,监管且有偿使用。

国内三大运营商所使用的NB-IOT频段由国家统一分配,不存在被清频的风险。无线环境相对比较干净能提供更高的服务质量。而LoRa在国内使用的470-518MHz是工信部分配给广电的频段,在2017年12月印发的《微功率短距离无线电发射设备技术要求》(征求意见稿)中规定该频段可用于无线电抄表,但对发射功率,频点等有限制要求且若对当地广播业务产生干扰要停止使用,该要求若正式使用将对LoRa发展产生致命打击。目前业内采用与地方广电合作的方式推广LoRa技术,但毕竟不合符无线电管理机构的要求,若国家重新分配该频段则存在被清理的风险。无线环境复杂,干扰较大,通信质量无法保障。

NB-IOT比LoRa更适合高速率且通信频繁的应用场景

NB-IOT与LoRa设计理念与实现传输的方式不同导致通信能力有所差异。LoRa是专为低功耗而设计,采用异步传输方式,终端不需要实时与基站保持同步从而降低了终端功耗,但每次通信需要携带同步信号因此增加了频率资源开销导致频率利用率低;NB-IOT是基于4G的蜂窝通信技术,最初的设计理念是最优的频率利用率以提升传输速率,采用同步传输方式,通信时不需要携带同步信号从而减小频率开销提升了频谱利用率,但需要实时与基站保持同步增大了终端功耗。因NB-IOT有较高的频谱利用率故能提供比LoRa更高的传输速率, NB-IOT上行峰速的理论值是LoRa的5倍。

在不需要通信时终端会进入休眠状态以降低功耗,基站只能在终端苏醒时才能下发命令导致下行时延高,为满足不同场景对通信频次的需求,LoRaWAN定义了ClassA、ClassB、ClassC三种终端工作模式,休眠期依次递减,功耗依次递增;NB-IOT规定了PSM, eDRX及DRX三种工作模式,功能与LoRa的三种终端工作模式类似,通过休眠来降低功耗,但在性能方面NB-IOT能提供更小的下行时延,相较于LoRa更合适频繁通信的应用场景。

NB-IOT属于运营商网络,LoRa可按需灵活部署,成本自己控制

受限于网络运营牌照和业务许可,只有运营商有资格在全国建设一张NB-IOT网络并运营,国内暂时没有一家企业具备在全国建设一张LoRa WAN网络并运营的资格与能力,目前企业不需要申请就可以在小范围内部署私人LoRa网络,若规模部署需要获得政府许可。因此NB-IOT属于运营商网络,可实现连片覆盖,更适合终端地域分布广泛且有移动性的分散型应用场景。对于终端静止且较为集中的行业性应用场景,NB-IOT与LoRa均能满足需求,应基于网络环境及个性化需求进行选择。

NB-IOT与LoRa应用场景分析

按照应用领域划分可将LPWA技术的应用场景细分为公共事业,消费与医疗,智慧工业,智慧楼宇,农业与环境,智慧物流与智慧城市七大垂直市场。因不同的物联网场景对无线通信技术的需求不同,故部署网络时需基于网络环境及具体场景需求选择合适的通信技术。

NB-IOT为主LoRa为辅,共同推动LPWAN发展

万物互联将带来百亿级连接, LPWA技术作为广域物联网的主力主要应用于七大垂直领域,应用场景具有极强的差异性且行业特征明显,单一技术不能满足所有的场景需求,未来两种技术必定在竞合之间找到各自定位,最终呈现以NB-IOT为主LoRa为辅协同发展的局面。目前两种技术在国内聚焦的行业领域相同,已落地应用场景重叠严重,两种技术的推动者应基于技术特性集中火力拓展更多的应用场景,真正打开LPWA技术的应用空间。

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