隨著物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展,人們對無線通信技術(shù)的要求也越來越高。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要考慮的因素很多,例如節(jié)點成本、網(wǎng)絡(luò)成本、電池壽命、數(shù)據(jù)傳輸速率(吞吐率)、延遲、移動性、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍,以及部署類型等。雖然現(xiàn)在已有很多種網(wǎng)絡(luò)選擇可用于搭建智能的解決方案,但沒有一種技術(shù)可以做到完全滿足物聯(lián)網(wǎng)所有的需求。
物聯(lián)網(wǎng)的核心關(guān)鍵,是利用合適的技術(shù)去提高效率,從而解決實際問題。例如提高生活質(zhì)量、發(fā)展當?shù)亟?jīng)濟和保護地球等等。目前市面上比較領(lǐng)先和主流的低功耗廣域網(wǎng)主要有 LoRaWAN?和 NB-IoT。下面我們從各方面比較一下兩種技術(shù)標準。
一、生態(tài)系統(tǒng)
LoRaWAN?有得到LoRa?聯(lián)盟的支持。LoRa?聯(lián)盟是國際電信聯(lián)盟(ITU-T)電信標準化部門認可的一個開放性非營利組織。成員來自世界各地,他們彼此合作并分享經(jīng)驗,從而促進了 LoRaWAN?標準的成功。LoRaWAN?標準目前已經(jīng)被國際電信聯(lián)盟認可是開放的全球標準,可以提供安全的、電信級的低功耗廣域網(wǎng)連接。
NB-IoT 目前已經(jīng)得到了第三代合作伙伴計劃 (3GPP) 和 GSMA 的支持。這兩個電信標準協(xié)會以推廣蜂窩網(wǎng)絡(luò)和器件為共同目標。NB-IoT 現(xiàn)在主要在中國地區(qū)應(yīng)用,并逐步推廣至其他地區(qū)。
二、頻譜
LoRaWAN?針對超低功耗和遠距離應(yīng)用進行了優(yōu)化。LoRaWAN?網(wǎng)絡(luò)使用的是工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療應(yīng)用 (ISM)的 sub-GHz 頻段,無需授權(quán),網(wǎng)絡(luò)運營商和器件制造商均可免費訪問。
NB-IoT 使用的是基于蜂窩(LTE)網(wǎng)絡(luò)的授權(quán)頻段,主要針對頻譜利用率進行了優(yōu)化。蜂窩運營商需要為使用這些頻段支付高昂的授權(quán)費用,因此能夠承擔 NB-IoT服務(wù)費用的運營商數(shù)量有限。
三、部署狀態(tài)
截至 2022 年 3 月,已有 166 家網(wǎng)絡(luò)運營商對外提供 LoRaWAN?連接,有 181 個國家和地區(qū)部署了 LoRaWAN?私有和公共網(wǎng)絡(luò)。另外,還有超過 2.4 億個終端節(jié)點和 320 萬個網(wǎng)關(guān)正在運行。
據(jù)代表 NB-IoT、LTE 和其他移動網(wǎng)絡(luò)利益的組織 GSMA稱,截至 2022 年 2 月,全世界已經(jīng)有 62 個國家和地區(qū)推出了 NB-IoT。
四、部署選項
LoRaWAN?網(wǎng)絡(luò)提供高度靈活的部署選擇。它們可以被部署在公共區(qū)域或私有區(qū)域、開放社區(qū)或混合網(wǎng)絡(luò)當中,也可以隨意布置在室內(nèi)或室外。LoRaWAN?可以提供強大的信號傳播能力,既支持在城市環(huán)境中需要深入到建筑物內(nèi)部或地下的連接,也適合鄉(xiāng)村和開闊環(huán)境,每個網(wǎng)關(guān)能夠覆蓋 30 英里以上。
NB-IoT 使用的是 LTE 蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施。它是室外公共網(wǎng)絡(luò),需要有 4G/LTE 蜂窩信號塔。如果傳感器超出了基站覆蓋范圍,是沒辦法輕易將基站部署到其他地方的。因此,物聯(lián)網(wǎng)用例去擴展 LTE 網(wǎng)絡(luò)的成本是十分高昂的。
五、協(xié)議
LoRaWAN?標準可以異步發(fā)送數(shù)據(jù),也就是說只需要在必要時發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣一來,現(xiàn)場傳感設(shè)備的電池試用壽命就會較長,基本上可以延長 10 年以上,電池更換的成本就低很多。這一點也符合 LoRaWAN?一開始的設(shè)計構(gòu)想,它最開始就是為了實現(xiàn)低器件能耗而設(shè)計的。
無論是否存在要發(fā)送的數(shù)據(jù),NB-IoT 都需要保持與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的同步連接。這會使傳感器件的電池壽命大大縮短、電池更換成本更高,在許多應(yīng)用中其成本可能會高到令人望而卻步。另外,其高精度電子設(shè)備、大量器件堆疊、多頻段的頻譜設(shè)計,還有端到端同步協(xié)議,都增加了運行能耗。
六、發(fā)射電流
LoRaWAN?提供 10 dBm 時會產(chǎn)生 18 mA 的發(fā)射電流、提供 20 dBm 時會產(chǎn)生 84 mA 的發(fā)射電流。調(diào)制方面的差異使得 LoRaWAN?甚至可以由成本很低的電池(包括紐扣電池)供電。
NB-IoT 傳感器在 23dBm 時會消耗大約 220 mA、在 13dBm 時會消耗大約 100mA,因此它的運行更耗電,需要更頻繁地更換電池或使用更大容量的電池。
七、接收電流
LoRaWAN?為遠程傳感器提供更低的傳感器物料清單成本和更長的電池壽命。約 5mA 的電流信號就能接收,這意味著 LoRaWAN?運行的整體功耗降低了 3-5 倍。
NB-IoT 的接收電流大約是為 40mA。蜂窩網(wǎng)絡(luò)和器件之間的通信平均需要消耗超過 110mA,一次持續(xù)數(shù)十秒。對于需要運行 3 年、5 年或 10 年以上的器件,協(xié)議開銷對電池壽命則有更大的影響。
八、數(shù)據(jù)傳輸速率
LoRaWAN?的數(shù)據(jù)速率是 293 至 50kbps。LoRaWAN?標準根據(jù)傳感器與網(wǎng)關(guān)的距離可動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)速率,從而優(yōu)化信號的傳輸時間(降低功率預(yù)算)從而減少沖突。
NB-IoT 在低功率單聲道使用中的峰值數(shù)據(jù)速率大約是 20kbps。
九、鏈路預(yù)算
LoRaWAN?的最大耦合損耗(MCL)信號根據(jù)地區(qū)法規(guī)的限制而不同。在最佳情形下,鏈路預(yù)算介于 155dB 至 170dB 之間。
NB-IoT 需要以低比特率頻繁進行重復(fù)傳輸,才能支持遠程傳感器,這一點增加了功率預(yù)算。在最佳情形下,鏈路預(yù)算是 164dB。
十、移動性
LoRaWAN?可支持移動傳感器,而且可以在資產(chǎn)從一個位置移動到另一位置時對其進行追蹤。對于許多應(yīng)用來說,即使沒有 GPS,也可達到足夠的精度。LoRaWAN?非常適合直接的器件到衛(wèi)星通信,它限制下行鏈路通信以防止地面器件的干擾,優(yōu)化電池壽命,在惡劣的無線電條件下能實現(xiàn)高鏈路預(yù)算。
NB-IoT 僅限在空閑模式小區(qū)重選,并沒有針對移動資產(chǎn)追蹤進行充分優(yōu)化。NB-IoT 頻繁的下行通信、惡劣無線電條件下消息重復(fù)導(dǎo)致的高能耗,對器件到衛(wèi)星通信而言都是挑戰(zhàn)。
以上就是 LoRaWAN?和 NB-IoT 的主要區(qū)別。
其實,這兩種低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)都有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少等特點,也都適合低功耗的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。用戶在選擇時,需要根據(jù)自己想構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)來具體選擇。比如:智能電表、智慧農(nóng)業(yè)就比較適合使用 LoRaWAN?,零售終端(POS)、自動化制造等就比較適合使用 NB-IoT。
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lorawan
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