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颠覆性正在到来:物联网时代低功耗广域网络剖析

如果您比较关注物联网圈的话,想必已经对“LPWA”这一名词有所耳闻。即使从没见过这一小串字母,也应该在科技媒体上扫见过LoRa、SigFox这些技术关键字、或已听说了最近老上头条的华为在刚刚结束的2015全球移动宽带论坛上发布了叫NB-IOT(牛X物联网???)东东。对,LoRa、SigFox、NB-IOT这些都属于“LPWA”。那么,“LPWA”到底是个啥?物联网通信技术林立,为何又出现一个LPWA?...了解详情

谁才是LPWAN之王?NB-IoT和LoRa的产业链对比

伴随着物联网的兴起,低功耗广域网络(LPWAN)应运而生,NB-IoT、LoRa、Sigfox以及RPMA等都是里面的佼佼者,其中,NB-IoT和LoRa的发展更加惹人注目。相比于NB-IoT在中国的火爆程度,LoRa却有些低调。目前从产业的发展来看,已经形成了由芯片、模组、终端、通讯设备、平台、运营商和应用这七大环节组成的完整产业链,小编搜集了一张NB-IoT和LoRa在各环节的市场集中度的对比...了解详情

深度解析LoRa与NB-IoT的区别

作者:朱小星链接https://zhuanlan.zhihu.com/p/22693510来源:知乎著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。1 引言物联网应用需要考虑许多因素,例如节点成本,网络成本,电池寿命,数据传输速率(吞吐率),延迟,移动性,网络覆盖范围以及部署类型等。可以说没有一种技术可以满足IoT所有的需求。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。2 频段,服务质量和成本LoRa工作在1GHz以下的非授权频段,故在应用时不需要额外付费。NB-IoT和蜂窝通信使用1GHz以下的授权频段。处于500MHz和1GHz之间的频段对于远距离通信是最优的选择,因为天线的实际尺寸和效率是具有相当优势的。 LoRaWAN使用免费的非授权频段,并且是异步通信协议,对于电池供电和低成本是最佳的选择。LoRa 和 LoRaWAN 协议,在处理干扰、网络重叠、可伸缩性等方面具有独特的特性,但却不能提供像蜂窝协议一样的服务质量(QoS)。据悉授权的Sub-GHz频段的竞拍,每MHz价格超过5亿美金。蜂窝网络和NB-IoT出于对服务质量(QoS)的考虑,并不能提供类似LoRa一样的电池寿命。由于QoS和高昂的频段使用费,需要确保QoS的应用场景推荐使用蜂窝网络和NB-IoT,而低成本和大量连接是首选项的话LoRa是不错的选择,如下图。3 电池寿命和下行延迟蜂窝网络设计的理念是最优的频段利用率,相应的就牺牲了节点成本和电池寿命。相反,LoRaWAN节点是为了低成本和长电池寿命而生,在频段利用率方面有一定的欠缺。 关于电池寿命方面有两个重要的因素需要考虑,节点的电流消耗(峰值电流和平均电流)以及协议内容。LoRaWAN是一种异步的基于ALOHA的协议,也就是说节点可以根据具体应用场景需求进行或长或短的睡眠,而蜂窝等同步协议的节点必须定期地联网。例如,现在市面上的手机工作时每1.5s必须与网络进行同步。在NB-IoT中,这种同步变少但是仍然在定期进行,这样就额外的消耗了电池的电量。 在蜂窝网络中调制是充分利用频段的有效手段,但是从节点的角度这并不是有效的。蜂窝的调制(OFDM或者FDMA)需要一个线性的发射器来产生调制信号,而一个线性的发射器需要的峰值电流比非线性调制多几个数量级,越高的峰值电流会消耗电池更多的电量。 但同步的通信协议在较短的下行延迟方面具有优势,同时NB-IoT可以为需要大量数据吞吐量的应用提供快速的数据传输速率。而LoRaWAN的Class B 通过定期地(编程实现)唤醒终端以收取下行消息而缩短了下行通信的延迟。 所以对于需要频繁通信、较短的延迟或者较大数据量的应用来说NB-IoT或许是更好的选择,而对于需要较低的成本、较高的电池寿命和通信并不频繁的场景来说LoRa更好。4 网络覆盖和部署时间表节点工作的本质需求是网络的覆盖,对于NB-IoT来说一个明显的优势是可以通过升级现有的网络设施来提供网络部署,但是这种升级仅限于某些特定的4G/LTE基站,并且花费较高。并且这种升级仅适于已经具有4G/LTE覆盖的城区,对于偏远或者郊区等没有4G覆盖的来说并不合适。NB-IoT标准在16年6月公布,预计模块将于17年上半年量产发布。除网络部署之外,相应的商业化和产业链的建立还需要更长的时间和努力去探索,但是市场需求和机会是否会等待呢? LoRa的整个产业链相对已经较为成熟了,产品也处于“蓄势待发”的状态,同时全球很多国家正在进行或者已经完成了全国性的网络部署。LoRa产业链一个突出优点是每个环节的成员都掌握着自主性,一些大公司正在计划创造一种混合型的商业模型来部署网络和应用。但NB-IoT产业链会受到频段、运营商等限制。5 设备成本,网络成本和混合模型对终端节点来说,LoRaWAN协议比NB-IoT更简单,更容易开发并且对于微处理器的适用和兼容性更好。NB-IoT的调制机制和协议比较复杂,这就需要更复杂的电路和更多的花费,同时NB-IoT和3GPP一样是要收税的。现阶段对于一部手机的税费大概是5美元,但这对于物联网设备来说显得太昂贵了,而且如果贸然的降低税费会引起手机等移动通信市场的价格混乱。所以3GPP组织如何权衡IoT和移动通信两方面税费问题也个大问题。 低成本、技术相对成熟的LoRa模块已经可以在市场上找到了,并且升级版还会接踵而至。LoRa联盟没有过多版权和税费的限制使得在LoRa产业链下模块低于4美元是十分可观的。现在市场上的LoRa模块价格一般在7-10美元,但是随着技术的成熟度提高4-5美元并不是大问题。而现在一个LTE模块的价格却很难低于20美元。 相对于传统的只依靠“铁塔”部网,对于IoT和LPWAN来说部署需要使用不同模型以降低支出和运营成本。LoRaWAN部署花费更少,因为可以利用传统的信号塔、工业基站甚至是便携式家庭网关来进行。现阶段一个塔式的基站价格大概是1000美元,工业基站价格低于500美元,而家庭式的网关只需要100美元左右。但是对于NB-IoT来说,升级现有的4G LTE基站的价格保守估计每个不少于15000美元。6 应用举例如之前提到的,没有一种技术可以同时满足IoT应用的所有需求。下面将通过几个具体的应用实例来分析NB-IoT 和LoRa 各自适合的应用场景。A 智能电表在智能电表领域相关的公司和部门需要高速率的数据传输、频繁的通信和低延迟。由于电表是由电源供电的,所以并没有超低功耗和长电池使用寿命的需求。并且还需要对线网进行实时监控以便发现隐患时及时处理。LoRaWAN的ClassC可以实现低延迟,但是对于高传输速率和频繁通信的需求NB-IoT是更适合于智能电表的选择。并且电表一般安装在人口密集的地区的固定位置,所以对于运营商部网也较为容易。B 智慧农业对农业来说,低功耗低成本的传感器是迫切需要的。温湿度、二氧化碳、盐碱度等传感器的应用对于农业提高产量、减少水资源的消耗等有重要的意义,这些传感器需要定期地上传数据。LoRa十分适用于这样的场景。而且很多偏远的农场或者耕地并没有覆盖蜂窝网络,更不用说4G/LTE了,所以NB-IoT并不如LoRa一样适合于智慧农业。C 自动化制造工厂机器的运行需要实时的监控,不仅可以保证生产效率而且通过远程监控可以提高人工效率。在工厂的自动化制造和生产中,有许多不同类型的传感器和设备。一些场景需要频繁的通信并且确保良好的服务质量(QoS),这时NB-IoT是较为合适的选择。而一些场景需要低成本的传感器配以低功耗和长寿命的电池来追踪设备、监控状态,这时LoRa便是合理的选择。所以对于自动化生产制造的多样性来说,NB-IoT 和LoRa都有用武之地。D 智能建筑对于建筑的改造,加入温湿度、安全、有害气体、水流监测等传感器并且定时的将监测的信息上传,方便了管理者的监管同时更方便了用户。通常来说这些传感器的通信不需要特别频繁或者保证特别好的服务质量,同时便携式的家庭式网关便可以满足需要。所以该场景LoRa是比较合适的选择。E 零售终端(POS)零售终端(POS)系统往往需要较频繁和高质量的通信,而且这些设备通常有专门供电的设备,所以对于较长的电池使用寿命没有要求。同时对于通信的时效性和低延迟要求较高。所以出于以上考虑NB-IoT比较适合于本应用。F 物流追踪追踪或者定位市场的一个重要的需求就是终端的电池使用寿命。物流追踪可以作为混合型部署的实际案例。物流企业可以根据定位的需要在需要场所部网,可以是仓库或者运输车辆上,这时便携式的基站便派上了用场。LoRa可以提供这样的部署方案,而对于NB-IoT来说追踪范围过大基站的铺设是很大的问题。同时LoRa有一个特点,在高速移动时通信相对于NB-IoT更稳定。出于以上的考虑,LoRa更适合于物流追踪。7 总结IoT领域并没有一个没有争议的选择,每一个应用场景都有自己独特的需求和考虑。本文阐述了NB-IoT和LoRa二者各自的特点和商业模式,相信二者在IoT市场上都将有一席之地。一项技术由纸面到商用离不开一个强大生态系统的支撑。长期以来,物联网连接技术各自为战,从芯片到系统各方采用的规范不一,造成大规模部署的瓶颈。如今,中国电信、中国移动、中国联通、华为与高通等运营商的陆续部署逐渐构建起了支撑NB-IOT技术产业的生态系统,而Orange、软银、Senet和Comcast等各国主流运营商的纷纷运用也使得LoRa技术行业的生态已初步成型。两项技术均在持续扩大中,使之拥抱万物互联的条件慢慢开始成熟。大量的供应商与运营商也在不断的展开试点,相信日后NB-IoT与LoRa的互补发展将大大推动物联网技术的革新与进步。了解详情

满足物联网基础应用需求 LoRa商用全面起跑

LoRa可望加速物联网(IoT)发展。物联网崛起,也带动相关无线技术如雨后春笋般冒出头,其中,LoRa兼具低功耗、低成本与传输距离远等特点,可满足长时间运作物联网应用需求,备受电信商/半导体业者青睐,并已积极将此一技术运用至基础建设中。物联网崛起,促使许多企业纷纷寻求合作/联盟,加以推出更好的联网技术。LoRaWAN、Weightless以及SIGFOX等新兴技术如雨后春笋般冒出头,就是为了在物联...了解详情

满足物联网基本需求,LoRa商用已成定局

LoRa可望加速物联网(IoT)发展。物联网崛起,也带动相关无线技术如雨后春笋般冒出头,其中,LoRa兼具低功耗、低成本与传输距离远等特点,可满足长时间运作物联网应用需求,备受电信商/半导体业者青睐,并已积极将此一技术运用至基础建设中。物联网崛起,促使许多企业纷纷寻求合作/联盟,加以推出更好的联网技术。LoRaWAN、Weightless以及SIGFOX等新兴技术如雨后春笋般冒出头,就是为了在物联...了解详情

中国将成为 LoRa部署的重点区域

今年8月,知名科技市场研究机构Gartner发布的最新《2016年度新兴技术成熟度曲线》,物联网已不再出现在该技术曲线中,可以看出物联网已过了炒作阶段,进入实质性落地时代。众所周知,近两年逐渐成熟的LoRa、NB-IoT等低功耗广域网络(LPWAN)技术是物联网落地的一大催化剂。10月18日-19日,中兴通讯和中国LoRa应用联盟(CLAA)主办的第一届中国LoRa物联网国际峰会在南京召开,这是国...了解详情

LoRa率先被有线电视运营商使用,NB-IoT怎么看?

2016年国庆假期刚过,一个重磅消息发布:全球最大的有线电视运营商Comcast(康卡斯特)宣布部署物联网专用网络,所选择的技术方案为LoRaWAN,且在30个月内要实现全美国的覆盖。至此,继Orange、SK、TATA、软银等主流运营商之后,宣布部署LoRa网络阵营又新增一家巨头,LoRa的商用范围进一步拓展。在NB-IoT还在为全面商用做准备工作的时间窗口,以LoRa为代表的非授权频谱技术已开...了解详情

LoRaWAN是最适合物联网的通讯技术

亚太电信《物联网开发者大会看好物联网经济成长与市场商机,亚太电信结合鸿海科技集团与富鸿网,共同推出“IoT by Gt只能生活”物联服务,由鸿海科技集团提供硬设备、富鸿网布建LoRa 网络,并由亚太电信负责应用开发及服务提供,携手打造台湾第一个物联双网与多元开发应用平台。此外,“IoT by Gt智能生活”邀请了芯片制造、平台开发及终端应用等上中下游业者一起参与,希望通过产业垂直整合,完整串起台...了解详情

LoRa无线技术在物联网中的应用

LoRa是低功耗广域网通信技术中的一种,是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统的无线系统使用频移键控(FSK)调制作为物理层,因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。LoRa是基于线性调频扩频调制,它保持了像FSK调制相同的低功耗特性,但明显地增加了通信距离。LoRa的优势在于技术方面的长距离能力。单个网关或基站可以覆盖整个城市或数百平方公里范围。在一个给定的位置,距离在很大程度上取决...了解详情

SKT确定物联网发展方向 LoRa和LTE-M

据外电消息,韩国电信巨头SKT最近公布了其在物联网(IOT)领域的两大战略核心,即基于低功耗广域网络(LPWAN)的LoRa和LTE-M。本文引用地址http://www.eepw.com.cn/article/201607/294529.htm简单来说,LoRa是一种使用LPWA授权频谱的技术,但又不仅限于通信行业。LoRa是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统的无线系统使用频移键控(FSK)调制作为物理层,因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。LoRa是基于线性调频扩频调制,它保持了像FSK调制相同的低功耗特性,但明显地增加了通信距离。线性扩频已在军事和空间通信领域使用了数十年,由于其可以实现长通信距离和干扰的鲁棒性,但是LoRa是第一个用于商业用途的低成本实现。而LTE-M是由3GPP开发的物联网标准,也是目前少数几个物联网标准之一。虽然包括AT&T 和Vodafone(沃达丰集团)似乎只对自己的cellular(蜂窝技术)感兴趣,不过SKT的计划也表明3GPP的标准可以与其它LPWA技术兼容与共存。这将进一步推动LoRa的发展,目前其正在被法国的Orange和荷兰的KPN Telecom NV等主流运营商采用。据SKT发言人介绍,LoRa主要用于满足低流量的服务需求,而LTE-M则满足高流量的需求。SKT还表明,LTE-M会迎合更高的宽带需求,LoRa则用于传输量较小和更长距离的传输对象。据悉,目前SKT已在今年3月完成了韩国全国范围内的LTE-M网络建设,这个过程中很可能包括LTE基站与相关软件建设。此外,LoRa也在上个月完成了部署。了解详情

智慧农业助推"互联网+"现代农业发展

2016年7月20日上午,iAgri China 2016中国国际智慧农业应用与创新发展高峰论坛在北京汉华国际饭店隆重召开。本次论坛由合威会展承办,得到了中国农业新闻网、中国农业科学院农业信息研究所、中国人民大学农业与农村发展学院的大力支持。中国工程院院士汪懋华、中国农业新闻网总裁晏双利、中国农业科学院农业信息研究所副所长王文生、厦门大学计算机系副主任张德富、山东农业大学信息科学与工程学院教授柳平...了解详情

ZigBee?ZWave?不,物联网更需要LoRa

本篇文章是从技术角度揭开LoRa的面纱,后续还会提供商业化和市场角度解读LoRa的文章,让您全面了解这一未来物联网领域新的通信技术。LoRLoRa是由升特公司(Semech)发布的一种专用于无线电调制解调的技术,它与其他如FSK(频移键控)、GMSK(高斯最小频移键控)、BPSK(二进制相移键控)及其派生的调制方案形成竞争关系。LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术,拥有前所未有的性能。此前,只有那些高等级的工业无线电通信会融合这些技术,而随着LoRa的引入,嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。前向纠错编码技术是给待传输数据序列中增加了一些冗余信息,这样,数据传输进程中注入的错误码元在接收端就会被及时纠正。这一技术减少了以往创建“自修复”数据包来重发的需求,且在解决由多径衰落引发的突发性误码中表现良好。一旦数据包分组建立起来且注入前向纠错编码以保障可靠性,这些数据包将被送到数字扩频调制器中。这一调制器将分组数据包中每一比特馈入一个“展扩器”中,将每一比特时间划分为众多码片。LoRa调制解调器经配置后,可划分的范围为64-4096码片/比特。AngelBlocks配置调制解调器可使用4096码片/比特中的最高扩频因子(12)。相对而言,ZigBee仅能划分的范围为10-12码片/比特。通过使用高扩频因子,LoRa技术可将小容量数据通过大范围的无线电频谱传输出去。实际上,当你通过频谱分析仪测量时,这些数据看上去像噪音,但区别在于噪音是不相关的,而数据具有相关性,基于此,数据实际上可以从噪音中被提取出来。其实,扩频因子越高,越多数据可从噪音中提取出来。在一个运转良好的GFSK接收端,8dB的最小信噪比(SNR)需要可靠地解调信号,采用配置AngelBlocks的方式,LoRa可解调一个信号,其信噪比为-20dB,GFSK方式与这一结果差距为28dB,这相当于范围和距离扩大了很多。在户外环境下,6dB的差距就可以实现2倍于原来的传输距离。为了有效地对比不同技术之间传输范围的表现,我们使用一个叫做“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。AngelBlocks的发射功率为100mW(20dBm),接收端灵敏度为-129dBm,总的链路预算为149dB。比较而言,拥有灵敏度-110dBm(这已是其极好的数据)的GFSK无线技术,需要5W的功率(37dBm)才能达到相同的链路预算值。在实践中,大多GFSK无线技术接收端灵敏度可达到-103dBm,在此状况下,发射端发射频率必须为46dBm或者大约36W,才能达到与LoRa类似的链路预算值。因此,使用LoRa技术我们能够以低发射功率获得更广的传输范围和距离,这种低功耗广域技术正是我们所需的。OpenRF协议目前已有很多“标准化”协议应用于家庭自动化领域,ZigBee和ZWave是两种主流的选择,另外还有6LowPan以及其他协议。大多数协议或多或少依赖无线网格(mesh)组网,有些依赖整体系统来达到合理地传输距离,不过这无法使用电池供电。LoRa采用点对点通信方式,实现远距离传输的目的,我们无需网格化网络。实际上,我们需要一个“轻量级”协议,适用于长期以电池供电的方式。OpenRF是为电池供电的应用而开发的,例如水表和燃气表数据读取。OpenRF为媒介接入层(MACLayer)定义了一个标准化的界面,允许其余各种各样射频集成电路装置(RFICs)协同工作。OpenRF还提供了一个支持32位设备地址的统一网络层来保证消息传递,还有多重的网络拓扑结构。理论上来说,OpenRF也可支持无线网格组网,虽然我们目前没有那种功能性要求。OpenRF提供两个接口,其中API接口允许在一个微控制器的嵌入式应用中集成OpenRF,我们用这一界面构建了AngelBlocks的应用。另一接口为指令接口,它允许外部主控制器在串行链路上使用AT指令集来发送和接收数据包。我们的应用开发适配器在一个主机上使用指令接口控制AngelBlocks,其中Arduino和Pi适配器使用一个TTL级别的串行端口,PC/MAC适配器使用一个USB/COM端口,同一指令接口均可使用。了解详情

漫画说:NB-IoT背后一个大家都在说的LoRa是什么?

Hi各位,我知道你一定等iot101漫画君好久了上周的漫画我们普及了低功耗广域网络(LPWAN)里最火爆的NB-IoT协议,好多网友直呼过瘾(虽然好多数据出现错误,捂脸),阅读量也暴增到8w+,戳此处回顾:《一幅漫画告诉你:除了WiFi,蓝牙,最近火爆的NB-IoT能干嘛?鉴于反馈良好,iot101漫画君心情极佳,今天放出Lora宝宝的普及故事PS.其实关于LPWAN的故事,真的不是几篇漫画...了解详情

国家林业局印发《关于推进中国林业物联网发展的指导意见》

近日,国家林业局印发《关于推进中国林业物联网发展的指导意见》(以下简称《指导意见》),这是深入贯彻落实《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》等和全国林业厅局长会议、第四届全国林业信息化工作会议精神的重要举措,也是顺应物联网发展大势、发挥首批国家物联网应用示范部委带头作用的关键之举。《指导意见》阐释了林业物联网建设的总体要求,即要以促进转变林业发展方式、提升林业质量效益为宗旨,以林业核心业务...了解详情

智慧农业:我国农业现代化的发展趋势

智慧农业通过生产领域的智能化、经营领域的差异性以及服务领域的全方位信息服务,推动农业产业链改造升级;实现农业精细化、高效化与绿色化,保障农产品安全、农业竞争力提升和农业可持续发展。因此,智慧农业是我国农业现代化发展的必然趋势,需要从培育社会共识、突破关键技术和做好规划引领等方面入手,促进智慧农业发展。改革开放以来,我国农业发展取得了显著成绩,粮食产量“十二连增”,蔬菜、水果、肉类、禽蛋、水产品的人...了解详情

农业部等八部门印发《“互联网+”现代农业三年行动实施方案》(附全文)

按照《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》(国发﹝2015﹞40号)的部署要求,切实发挥互联网在农业生产要素配置中的优化和集成作用,推动互联网创新成果与农业生产、经营、管理、服务和农村经济社会各领域深度融合,农业部、国家发展和改革委员会、中央网络安全和信息化领导小组办公室、科学技术部、商务部、国家质量监督检验检疫总局、国家食品药品监督管理总局、国家林业局共同研究制定了《“互联网+”现代农...了解详情

LoRa无线技术将为物联网创新应用带来新机遇

联网已成为物联网应用发展的内在需求,而无线连接技术也不再满足于近距离通信,正在向着距离更远覆盖更广的方向发展,于是低功耗广域网(LPWAN)应运而生。LoRa作为低功耗广域网(LPWAN)中的一种无线技术,相对于其他无线技术(如Sigfox、NB-IOT等),LoRa产业链较为成熟、商业化应用较早。Semtech也与一些半导体公司(如ST,Microchip等)合作提供芯片级解决方案,有利于客户获...了解详情

Actility公司及其物联网专用低功耗广域网络方案

一家名为Actility的法国公司已经开始LoRaWAN这一低功耗、远距离物联网的商用,该公司是首家推出基于LoRa标准的商业化系统方案的公司,其系统方案包括应用于低功耗广域网(LPWAN)的连接方案、连接设备和云平台,以及在线商店。今年6月,由瑞士风投公司GinkoVentures、Orange、合理皇家电信、瑞士电信和富士康联合对其投资2500万美元,看好这一领域的发展。了解LoRa协议的读者...了解详情