LoRa vs NB-IOT，哪個(gè)更適合LPWAN

近期全球低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)市場(chǎng)的激增可歸因于多個(gè)因素。機(jī)器學(xué)習(xí)和 M2M 通信標(biāo)準(zhǔn)的快速發(fā)展發(fā)揮了重要作用，加之全球?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)服務(wù)的需求不斷增長(zhǎng)、低價(jià)的 LPWAN 工具和節(jié)能機(jī)會(huì)的增多。

預(yù)計(jì)在2022 年，全球 LPWAN 市場(chǎng)的價(jià)值將會(huì)提升至 460 億美元以上(2015 年的價(jià)值剛剛超過(guò) 5 億美元)。雖然 Semtech 的 LoRa 技術(shù)在這一領(lǐng)域稍早處于領(lǐng)先地位，但 NB-IOT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))作為強(qiáng)大的 LPWAN 標(biāo)準(zhǔn)也正在迅速得到廣泛認(rèn)同(今年 1 月，Vodafone 在西班牙推出商業(yè) NB-IOT 網(wǎng)絡(luò))。本文對(duì) LoRa 和 NB-IOT 進(jìn)行逐點(diǎn)分析比較，嘗試找出哪一個(gè) LPWAN 協(xié)議更具優(yōu)勢(shì)：

雖然“LoRa”和“LoRaWAN”通常被當(dāng)做同義詞使用，但兩者所指并不相同。LoRaWAN 是在 LoRa 技術(shù)環(huán)境中運(yùn)行的 LPWAN 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。而 LoRa 本身是一種用于物聯(lián)網(wǎng)通信的調(diào)制方式。另一方面，NB-IOT 在 2016 年中期由 3GPP(第三代合作伙伴計(jì)劃)標(biāo)準(zhǔn)定義，對(duì)低數(shù)據(jù)速率的設(shè)備來(lái)說(shuō)優(yōu)勢(shì)甚微。NB-IOT 可以獨(dú)立或通過(guò)“帶內(nèi)頻譜”的方式實(shí)現(xiàn)，它有兩個(gè)主要的變體——一個(gè)由諾基亞、愛(ài)立信和英特爾發(fā)布;另一個(gè)由沃達(dá)豐(Vodafone)和華為發(fā)布。簡(jiǎn)而言之，NB-IOT 是一種蜂窩標(biāo)準(zhǔn)，而 LoRa 不是。

NB-IOT 通常在比 LoRaWAN 稍高的帶寬上工作。3GPP 技術(shù)的信號(hào)帶寬要求為 180 KHz ——比 Semtech 公司的 LoRa 技術(shù)需要的 125 KHz 高一點(diǎn)。有趣的是，NB-IOT 和 LoRa 的信號(hào)帶寬明顯高于 Sigfox(另一種主流LPWAN標(biāo)準(zhǔn))，后者工作頻率為 0.1 KHz。

LoRa 需要專(zhuān)用網(wǎng)關(guān)才能工作，而 NB-IOT 則不需要。據(jù)華為一位高級(jí)官員介紹，NB-IOT 的基礎(chǔ)設(shè)施是直接連接基站和傳感器設(shè)立的(LoRa 架構(gòu)需要通過(guò)網(wǎng)關(guān)來(lái)完成)。雖然目前可用的 LoRa 網(wǎng)關(guān)很強(qiáng)大，而且通常價(jià)格有競(jìng)爭(zhēng)力，但仍有額外一些硬件需要管理，因此可能是一個(gè)潛在的麻煩。而 NB-IOT 根本不需要這些。

LoRa 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在非授權(quán)頻譜上工作(Sigfox 也是這樣)。因此由 LoRaWAN 支持的應(yīng)用程序成本低——而電池性反而得到提升(以后會(huì)越來(lái)越多)。與 LoRa 的異步協(xié)議不同，NB-IOT 服務(wù)是同步的并使用授權(quán)頻段(LoRa 和 NB-IOT 都使用低于 1GHz 的頻段)。頻段授權(quán)的成本現(xiàn)在并不低——每MHz的成本大于 500 美元。電信運(yùn)營(yíng)商可以選擇在防護(hù)頻段、4G LTE頻譜、或者獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)中部署NB-IOT。

LoRa 的生態(tài)系統(tǒng)比 NB-IOT 或其他蜂窩物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)系統(tǒng)要強(qiáng)。LoRa 已經(jīng)在許多國(guó)家地區(qū)被采納為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，包括美國(guó)、澳大利亞、新西蘭、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)和荷蘭(LoRa 在印度也很火)。NB-IOT 相比之下是一個(gè)“新玩家”，2017 年初才在西班牙進(jìn)行商業(yè)首秀(愛(ài)爾蘭也將使用 NB-IOT 網(wǎng)絡(luò))。LoRa 技術(shù)的低成本、廣范圍、多功能在穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)和社區(qū)支持中具有優(yōu)勢(shì)——但在未來(lái)幾年內(nèi)，NB-IOT 將有很多機(jī)會(huì)迎頭趕上。

盡管 LoRa 與 NB-IOT 之爭(zhēng)已經(jīng)引起了大量的不實(shí)消息，但值得注意的是，這兩種技術(shù)是針對(duì)不同類(lèi)型的終端應(yīng)用進(jìn)行的優(yōu)化。例如，LoRaWAN 適合用于需要較低成本、較高電池壽命和并不需要頻繁通信的應(yīng)用程序或設(shè)備(比如說(shuō)一天幾次)。相比之下，NB-IOT 最適合需要較短的下行延遲并且更頻繁通信的應(yīng)用程序。兩種物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議都有其獨(dú)特的價(jià)值體現(xiàn)——不能互相取代。

包括 LoRa、NB-IOT 和 Sigfox 在內(nèi)的 IoT/M2M 通信標(biāo)準(zhǔn)的主要客戶(hù)是來(lái)自世界各地的電信運(yùn)營(yíng)商領(lǐng)導(dǎo)者(SK 電訊去年在韓國(guó)部署 LoRaWAN 搭建物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò))。LoRa 技術(shù)也可以被非電信運(yùn)營(yíng)商使用——這是 NB-IOT 做不到的。眾包網(wǎng)絡(luò)可以輕松訪問(wèn)和實(shí)施基于 LoRa 的物聯(lián)網(wǎng)解決方案(The Things Network 已經(jīng)這樣做了)。NB-IOT 的可用性仍然有限。

遠(yuǎn)程覆蓋是 NB-IOT 和 LoRa 共同的“獨(dú)特賣(mài)點(diǎn)”，NB-IOT 在這方面顯然更強(qiáng)大，其覆蓋范圍可延長(zhǎng)至 18-21 公里，高于 LoRa 提供的 12-15 公里覆蓋范圍。然而仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的事實(shí)：NB-IO 在城市運(yùn)作良好，但在郊區(qū)或農(nóng)村地區(qū)(沒(méi)有強(qiáng)大 4G 覆蓋的任何地方)表現(xiàn)一般。由于 LoRaWAN 不依賴(lài)蜂窩數(shù)據(jù)或 WiFi，其覆蓋范圍在所有地區(qū)都保持相對(duì)穩(wěn)定。

注：LoRa 基站建設(shè)成本是部署 NB-IOT 所需的 4G-LTE 基站成本的一小部分。LoRa 所需的較低投資在很大程度上使其處于有利地位。

這一點(diǎn)也是 LoRaWAN 表現(xiàn)更好。由于 NB-IOT 在蜂窩授權(quán)頻譜上工作，設(shè)備必須定時(shí)(相對(duì)頻繁地)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)同步，這相應(yīng)會(huì)消耗電量。而基于 ALOHA 的 LoRa 架構(gòu)中不需要這樣的網(wǎng)絡(luò)同步。在 LoRa 的異步頻段中，終端應(yīng)用程序精確決定設(shè)備的“休眠”時(shí)間，因此電池電量可以輕松保存。NB-IOT 的線性發(fā)射器需要的“峰值電流”比采用非線性調(diào)制的 LoRa 多幾個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)電池施加額外壓力。

在這方面，NB-IOT 或多或少可以將 LoRa 甩出局。窄帶設(shè)置中的平均數(shù)據(jù)速率為 200 Kbps，大約是 LoRa 工具運(yùn)行的數(shù)據(jù)速率的 20 倍。NB-IOT 的較高數(shù)據(jù)速率使其成為需要更快速數(shù)據(jù)吞吐量應(yīng)用程序的理想選擇。LoRa 技術(shù)做得雖然不錯(cuò)，但 NB-IOT 仍輕松成為“更快速”應(yīng)用程序的更高效的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。

注：另一種 LPWAN 技術(shù)Sigfox的數(shù)據(jù)速率為100bps，遠(yuǎn)低于NB-IOT和LoRa。

LoRaWAN 技術(shù)市場(chǎng)剛剛成熟，在公共網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛接受。LoRaWAN 已經(jīng)在全球各地部署創(chuàng)建“智慧城市”。雖然 NB-IOT 也在公共領(lǐng)域很受歡迎，但不像 LoRa 一樣能在私有企業(yè)的專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò)中使用。大型企業(yè)可以輕松使用 LoRa 創(chuàng)建混合型物聯(lián)網(wǎng)模型，建設(shè)“智能設(shè)施”并同時(shí)使用公共網(wǎng)絡(luò)處理設(shè)備外信息和活動(dòng)。而 NB-IOT 只能用于公共網(wǎng)絡(luò)模式。

LPWAN 協(xié)議無(wú)論多強(qiáng)大都需要考慮其低成本，否則它們不能是可行的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。LoRa 在這方面有優(yōu)勢(shì)。LoRaWAN 模塊的總體成本在 8-10 美元左右，約為NB-IOT等蜂窩LTE模塊價(jià)格的一半。NB-IOT 網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性越高，知識(shí)產(chǎn)權(quán)相關(guān)(授權(quán)頻段方面)費(fèi)用更高，提高了 NB-IOT 的總成本。NB-IOT升級(jí)到先進(jìn)的4G / LTE基站比LoRa通過(guò)工業(yè)網(wǎng)關(guān)或塔頂網(wǎng)關(guān)部署更昂貴。隨著市場(chǎng)越來(lái)越成熟，LoRa技術(shù)的成本預(yù)計(jì)將進(jìn)一步下降。

根據(jù)以上的分析可以看出，很難在 LoRa 和 NB-IOT 中選出明確的贏家。兩者都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)——由于技術(shù)上的差異和不同功能，兩者完全可以共存——服務(wù)于全球物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的不同部分?？蓴U(kuò)展性對(duì)于這兩種技術(shù)來(lái)說(shuō)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，兩者中是否有一者能成為 LPWAN 市場(chǎng)無(wú)可爭(zhēng)議的長(zhǎng)期領(lǐng)導(dǎo)者也有待觀望。