物聯(lián)網(wǎng)無線開發(fā)必須知道的兩種技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)，物物相連，無線技術(shù)的迅速發(fā)展為物體之間的信息互通提供了技術(shù)支撐，在物聯(lián)網(wǎng)的普及過程中，無線技術(shù)將扮演著越來越重要的角色。本文通過常見的兩種LPWAN無線通訊技術(shù)（NB-IoT/LoRa）對(duì)比，探討物聯(lián)網(wǎng)大勢(shì)下的無線技術(shù)各自的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。

NB-IoT

NB-IOT全稱為Narrow Band-Internet of Things，窄帶物聯(lián)網(wǎng)，NB-IOT屬于物聯(lián)網(wǎng)范疇的一種技術(shù)。是由華為主導(dǎo)，并已成為3GPP標(biāo)準(zhǔn)的LPWA技術(shù)。NB-IOT基于現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，可以通過升級(jí)現(xiàn)網(wǎng)來快速支持行業(yè)市場(chǎng)需求，成為GUL網(wǎng)絡(luò)上的第四種模式。同時(shí)，NB-IOT還具有覆蓋廣（能覆蓋到地下）、電池壽命長(zhǎng)（超過十年）、成本低（每個(gè)模塊不足5美元）、容量大（單個(gè)小區(qū)能支持10萬連接）四大能力。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

NB-IoT具備四大特點(diǎn)：

一是廣覆蓋，將提供改進(jìn)的室內(nèi)覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20dB，相當(dāng)于提升了100倍覆蓋區(qū)域的能力;

二是具備支撐海量連接的能力，NB-IoT一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬個(gè)連接，支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);

三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年;

四是更低的模塊成本，企業(yè)預(yù)期的單個(gè)接連模塊不超過5美元。

NB-IOT聚焦于低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯(lián)網(wǎng)（IOT）市場(chǎng)，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)。其具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構(gòu)優(yōu)等特點(diǎn)。NB-IOT使用License頻段，可采取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存。

應(yīng)用場(chǎng)景

NB-IOT最常應(yīng)用于智能水表、智能停車、寵物智能跟蹤三大典型應(yīng)用場(chǎng)景，在NB-IOT的后期規(guī)劃中，還會(huì)涉及到智能自行車、智能煙霧檢測(cè)器、智能垃圾桶、智能路、智能售貨機(jī)等方面。

面臨的挑戰(zhàn)

第一，互操作和一致性問題。2015年，NB-IoT的主要成員，包括沃達(dá)豐、愛立信、Telefonica和GSMA開展了面向NB-IoT設(shè)備的簡(jiǎn)單的互操作和一致性認(rèn)證試驗(yàn)。沃達(dá)豐還在英國(guó)紐伯里建立了專用NB-IoT實(shí)驗(yàn)室，2016年下半年在德國(guó)杜塞爾多夫繼續(xù)開放進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)室研究。

第二，部署和長(zhǎng)期支持。NB-IoT部署的最大問題是時(shí)間和成本，85%的企業(yè)基站可支持NB-IoT，只需進(jìn)行軟件的升級(jí)，但對(duì)基站陳舊的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，則需對(duì)硬件進(jìn)行升級(jí)。這將導(dǎo)致NB-IoT網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本增加和時(shí)間消耗。另一個(gè)問題是全球M2M漫游。理論上，運(yùn)營(yíng)商需支持三種標(biāo)準(zhǔn)，分別是：CAT-M，EC-GSM，NB-IoT，以及GPRS。

第三，應(yīng)用和商業(yè)模式。為了建立NB-IoT應(yīng)用和商業(yè)模式，移動(dòng)通信行業(yè)需要盡快建立合作伙伴生態(tài)圈。例如：德國(guó)電信已在柏林和波蘭的克拉科夫建立了NB-IoT原型樞紐，這些樞紐被納入孵化器中，為開發(fā)者提供快速學(xué)習(xí)的環(huán)境，激勵(lì)新的商業(yè)模式思考、縮短產(chǎn)品市場(chǎng)化的時(shí)間。

第四，與LPWAN（低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。LoRa和Sigfox已被證明是重要的發(fā)展技術(shù)，其中，Sigfox已在24個(gè)國(guó)家投入使用，LoRa繼續(xù)在一些國(guó)家、專網(wǎng)和社區(qū)網(wǎng)建設(shè)中使用。由于NB-IoT在近期內(nèi)不會(huì)大規(guī)模部署，其它技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)者仍有機(jī)會(huì)確定自己的市場(chǎng)定位。

目前，NB-IoT的市場(chǎng)普及在各國(guó)間存在差異。在許多國(guó)家，潛在的運(yùn)營(yíng)商可能面臨來自非移動(dòng)LPWAN網(wǎng)的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)。例如，在荷蘭，KPN已建立了國(guó)家LoRa網(wǎng)，在這種情況下，它可能不太會(huì)采用NB-IoT。

第五，確定正確的市場(chǎng)進(jìn)入戰(zhàn)略。LPWAN的應(yīng)用具有在非常規(guī)的間隔中發(fā)送小數(shù)據(jù)有效載荷的特性。潛在的用戶可能需要更多低價(jià)值的服務(wù)。在這種情況下，NB-IoT運(yùn)營(yíng)商需要開發(fā)相應(yīng)的戰(zhàn)略，應(yīng)對(duì)這樣的市場(chǎng)需求。主要策略包括：建立市場(chǎng)與品牌間的平衡;擴(kuò)大市場(chǎng)占有率，不僅限于傳統(tǒng)的M2M業(yè)務(wù);在低端市場(chǎng)避免成本價(jià)格戰(zhàn)，側(cè)重于可控制價(jià)格溢價(jià)的應(yīng)用;探索新商業(yè)模式以創(chuàng)造價(jià)值，加強(qiáng)垂直行業(yè)合作。

第六，定價(jià)計(jì)劃的設(shè)計(jì)，主要是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)計(jì)劃。目前，運(yùn)營(yíng)商仍在嘗試中。例如：韓國(guó)電信最近推出覆蓋全國(guó)的LoRa網(wǎng)，推出6種數(shù)據(jù)計(jì)劃，每一計(jì)劃對(duì)應(yīng)于使用不同頻段的數(shù)據(jù)應(yīng)用。它的定價(jià)模式是：LoRa的數(shù)據(jù)計(jì)劃價(jià)格只相當(dāng)于基于LTE的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的十分之一。在擁有LoRa或Sigfox業(yè)務(wù)的國(guó)家，NB-IoT的資費(fèi)不得不保持合理的競(jìng)爭(zhēng)區(qū)間。而在英國(guó)，由于沒有國(guó)家LPWAN網(wǎng)絡(luò)，NB-IoT運(yùn)營(yíng)商在設(shè)計(jì)定價(jià)結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)有更多回旋余地。

此外，低速數(shù)據(jù)傳輸、隱私和安全、IT系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間等問題，都將限制其發(fā)展。

LoRa

LoRa是LPWAN通信技術(shù)中的一種，是美國(guó)Semtech公司采用和推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無線傳輸方案。這一方案改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，為用戶提供一種簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)電池壽命、大容量的系統(tǒng)，進(jìn)而擴(kuò)展傳感網(wǎng)絡(luò)。

LoRa網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

目前，LoRa主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行，包括433、868、915 MHz等。LoRa技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、低功耗（電池壽命長(zhǎng)）、多節(jié)點(diǎn)、低成本的特性。LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端（可內(nèi)置LoRa模塊）、網(wǎng)關(guān)（或稱基站）、Server和云四部分組成。應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

按需部署：LoRa可以根據(jù)應(yīng)用需要，規(guī)劃和部署網(wǎng)絡(luò)、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境針對(duì)性放置基站/網(wǎng)關(guān)、更容易做到無縫覆蓋，而改善覆蓋質(zhì)量還可以降低功耗，提高系統(tǒng)容量、個(gè)人，企業(yè)或機(jī)構(gòu)可部署，并且可以滿足安全需求，數(shù)據(jù)也可私有。

輕量級(jí)：相比于其他的LPWAN技術(shù)協(xié)議，LoRa的系統(tǒng)復(fù)雜度更低，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)資源要求較低，輕量級(jí)的LoRaWAN協(xié)議，軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，部署實(shí)施簡(jiǎn)單。

低成本：LoRaWAN模塊量產(chǎn)，價(jià)格已經(jīng)在USD5以下，并逐漸接近2G模塊價(jià)格，室外型基站已低至USD500左右，室內(nèi)型USD100，從國(guó)外運(yùn)營(yíng)商來看，LoRa月租可達(dá)eMTC月租的1/5~1/10甚至更低。

應(yīng)用場(chǎng)景

LoRa技術(shù)非常適用于要求功耗低、距離遠(yuǎn)、大量連接以及定位跟蹤等的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農(nóng)業(yè)、智慧工業(yè)、智慧城市、智慧社區(qū)等等應(yīng)用和領(lǐng)域。

面臨的挑戰(zhàn)

城市級(jí)網(wǎng)絡(luò)覆蓋：LoRa沒有運(yùn)營(yíng)商的支出，布網(wǎng)方面先天弱勢(shì)。

頻譜資源：LoRa采用免費(fèi)頻段，可能存在干擾問題，盡管LoRa本身抗干擾能力強(qiáng)，LoRaWAN協(xié)議本身也有規(guī)避干擾的措施。但物理干擾難于完全避免。

應(yīng)對(duì)措施：去碎片化，建設(shè)統(tǒng)一的廣域網(wǎng)網(wǎng)，絡(luò)共建，資源共享。同時(shí)需要做到更輕量級(jí)，更低成本，LoRaWAN模塊的成本需要向2G模塊的成本看齊，甚至向WiFi模塊靠近。

總結(jié)：兩種技術(shù)都有特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，滿足不同的訴求和市場(chǎng)，LPWAN技術(shù)將百花齊放，共生共存。

目前，全球兩大主流物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)NB-IoT與LoRa在中國(guó)迅猛發(fā)展，有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)一千多款物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)品已落地中國(guó)各省。據(jù)悉，70%的企業(yè)積極尋求成熟、可靠且快速落地的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，多數(shù)企業(yè)向福州市協(xié)成智慧科技有限公司采購NB-IoT和LoRa物聯(lián)網(wǎng)解決方案，采購包括LoRa網(wǎng)關(guān)、煙感、水監(jiān)測(cè)、紅外探測(cè)、定位、排插等數(shù)十款物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，另外代開發(fā)NB-IoT和LoRa物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，以便快速圈地開展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，躋身全國(guó)各地市物聯(lián)網(wǎng)龍頭。“世界物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展看中國(guó)”形勢(shì)正逐漸形成。