解析LoRa與NB-IoT：誰能更勝一籌占領(lǐng)LPWAN制高點？

　　引言：LoRa與NB-IoT是最有發(fā)展前景的兩個低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)。不過兩者之間到底有什么區(qū)別和不同?誰又將更勝一籌占領(lǐng)LPWAN制高點?

　　物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對無線通信技術(shù)提出了更高的要求，專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計的LPWAN(low-power Wide-Area Network，低功耗廣域網(wǎng))也快速興起。NB-IoT與LoRa是其中的典型代表，也是最有發(fā)展前景的兩個低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)。

　　這兩種LPWAN技術(shù)都有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少等特點，都適合低功耗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，都在積極擴建自己的生態(tài)系統(tǒng)?？墒牵@兩者之間到底有什么區(qū)別和不同?有什么重疊或不同的應(yīng)用范圍?兩者之間是你死我活的互相替代關(guān)系還是你有我無的互補關(guān)系?

　　LoRa：易于建設(shè)和部署的低功耗廣域物聯(lián)技術(shù)

　　LoRa的誕生比NB-IoT要早些，2013年8月，Semtech公司向業(yè)界發(fā)布了一種新型的基于1GHz以下的超長距低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)(Long Range，簡稱LoRa)的芯片。其接受靈敏度達到了驚人的-148dbm，與業(yè)界其他先進水平的sub-GHz芯片相比，最高的接收靈敏度改善了20db以上，這確保了網(wǎng)絡(luò)連接可靠性。

　　它使用線性調(diào)頻擴頻調(diào)制技術(shù)，即保持了像FSK(頻移鍵控)調(diào)制相同的低功耗特性，又明顯地增加了通信距離，同時提高了網(wǎng)絡(luò)效率并消除了干擾，即不同擴頻序列的終端即使使用相同的頻率同時發(fā)送也不會相互干擾，因此在此基礎(chǔ)上研發(fā)的集中器/網(wǎng)關(guān)(Concentrator/Gateway)能夠并行接收并處理多個節(jié)點的數(shù)據(jù)，大大擴展了系統(tǒng)容量。

圖1：LoRa技術(shù)特點

　　線性擴頻已在軍事和空間通信領(lǐng)域使用了數(shù)十年，因為其可以實現(xiàn)長通信距離和干擾的魯棒性，而LoRa是第一個用于商業(yè)用途的低成本實現(xiàn)。隨著LoRa的引入，嵌入式無線通信領(lǐng)域的局面發(fā)生了徹底的改變。這一技術(shù)改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，提供一種簡單的能實現(xiàn)遠距離、長電池壽命、大容量、低成本的通訊系統(tǒng)。

　　LoRa主要在全球免費頻段運行(即非授權(quán)頻段)，包括433、868、915 MHz等。LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端(內(nèi)置LoRa模塊)、網(wǎng)關(guān)(或稱基站)、服務(wù)器和云四部分組成，應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸，如圖2所示。

圖2：LoRa網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　LoRa的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　1、大大的改善了接收的靈敏度，降低了功耗。

　　高達157db的鏈路預(yù)算使其通信距離可達15公里(與環(huán)境有關(guān))。其接收電流僅10mA，睡眠電流200nA，這大大延遲了電池的使用壽命。

　　2、基于該技術(shù)的網(wǎng)關(guān)/集中器支持多信道多數(shù)據(jù)速率的并行處理，系統(tǒng)容量大。

　　如圖2所示，網(wǎng)關(guān)是節(jié)點與IP網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁(通過2G/3G/4G或者Ethernet)。每個網(wǎng)關(guān)每天可以處理500萬次各節(jié)點之間的通信(假設(shè)每次發(fā)送10Bytes，網(wǎng)絡(luò)占用率10%)。如果把網(wǎng)關(guān)安裝在現(xiàn)有移動通信基站的位置，發(fā)射功率20dBm(100mW)，那么在建筑密集的城市環(huán)境可以覆蓋2公里左右，而在密度較低的郊區(qū)，覆蓋范圍可達10公里。

　　3、基于終端和集中器/網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)可以支持測距和定位。

　　LoRa對距離的測量是基于信號的空中傳輸時間而非傳統(tǒng)的RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication)，而定位則基于多點(網(wǎng)關(guān))對一點(節(jié)點)的空中傳輸時間差的測量。其定位精度可達5m(假設(shè)10km的范圍)。

　　這些關(guān)鍵特征使得 LoRa技術(shù)非常適用于要求功耗低、距離遠、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。

　　應(yīng)用：國外如火如荼，國內(nèi)略顯冷清

　　一種通訊技術(shù)要實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，除技術(shù)本身要有特定的優(yōu)勢外，還需要背后陣營強力支持，其中產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟就是一股強大的推動力量，LoRa也不例外。

　　2015年3月LoRa聯(lián)盟宣布成立，這是一個開放的、非盈利性組織，其目的在于將LoRa推向全球，實現(xiàn)LoRa技術(shù)的商用。該聯(lián)盟由Semtech牽頭，發(fā)起成員還有法國Actility，中國AUGTEK和荷蘭皇家電信KPN等企業(yè)，到目前為止，聯(lián)盟成員數(shù)量達330多家，其中不乏IBM、思科、法國Orange等重量級廠商。

　　LoRa的產(chǎn)業(yè)鏈中(包括終端硬件產(chǎn)商、芯片產(chǎn)商、模塊網(wǎng)關(guān)產(chǎn)商、軟件廠商、系統(tǒng)集成商、網(wǎng)絡(luò)運營商)的每一環(huán)均有大量的企業(yè)，構(gòu)成了LoRa的完整生態(tài)系統(tǒng)，促使了LoRa的快速發(fā)展與生態(tài)繁盛。

圖3：LoRa產(chǎn)業(yè)鏈中的廠家

　　目前LoRa網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在世界多地進行試點或部署。據(jù)LoRa聯(lián)盟年初的數(shù)據(jù)是有9個國家開始建網(wǎng)，56個國家開始進行試點;截至目前最新公布的數(shù)據(jù)，已經(jīng)有17個國家公開宣布建網(wǎng)計劃，120多個城市地區(qū)有正在運行的LoRa網(wǎng)絡(luò)，如美國、法國、德國、澳大利亞、印度等等國家，荷蘭、瑞士、韓國等更是部署或計劃部署覆蓋全國的LoRa網(wǎng)絡(luò)。

圖4：法國電信運營商Bouygues部署連接百萬設(shè)備量的LoRa網(wǎng)絡(luò)

　　LoRa技術(shù)在國外發(fā)展如火如荼。不過就國內(nèi)來看，LoRa的應(yīng)用似乎并不多，目前可看到的公開應(yīng)用是國內(nèi)AUGTEK公司在京杭大運河開展的LoRa網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，據(jù)悉目前已經(jīng)完成江蘇段的全線覆蓋。

　　其實國內(nèi)從事LoRa模塊和方案開發(fā)的廠商并不少，除AUGTEK，還有洲斯物聯(lián)、思創(chuàng)匯連、普天通達、八月科技、NPLink、門思科技、利爾達、通感微電子、上海雍敏、武漢拓寶、博大光通、縱行科技、唯傳科技、三凡信息等等眾多公司。

　　LoRa易于建設(shè)和部署，得到越來越多國內(nèi)公司的關(guān)注和跟進。例如深圳通感微電子有限公司成立了專門的項目組從事LoRa模塊、網(wǎng)關(guān)和整體方案的開發(fā)。據(jù)該公司副總經(jīng)理劉文上介紹，通感微做了不少相關(guān)LoRa的項目，例如可實時顯示停車位分布狀況的停車場監(jiān)控系統(tǒng)(圖5)、實現(xiàn)無線土壤檢測的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)(圖6)、防止盜獵的南非Kruger國家公園犀牛保護項目(圖7)等。

　　這些項目的部署時間都非?？?，例如上述的停車監(jiān)控系統(tǒng)，覆蓋面積10km*10km，部署了6個LoRa網(wǎng)關(guān)，支持終端規(guī)模3000個，部署時間僅需兩周。不過這些項目都是為國外而開發(fā)的，劉文上表示他們今年才在國內(nèi)開展一些項目。

圖5：成功案例-停車場監(jiān)控

圖6：成功案例-智能農(nóng)業(yè)

圖7：成功案例-犀牛保護項目

　　疑問：后起之秀NB-IoT將導(dǎo)致LoRa消亡?

　　隨著今年6月份NB-IoT的標準凍結(jié)，近來備受矚目的NB-IoT的規(guī)模化商用的基礎(chǔ)終于落實。普遍認為2017年將是NB-IoT網(wǎng)絡(luò)商用的元年。

　　作為華為和眾多運營商力推的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)，NB-IoT一經(jīng)推出就受到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，LoRa和NB-IoT之爭的話題不曾間斷。Nb-iot聯(lián)盟成員之一的沃達豐，其某位高管甚至公開表示了“NB-IoT將導(dǎo)致LoRa消亡”的觀點。

　　面對這樣一個有強勁后臺的后起之秀，LoRa真的會被其取代嗎?

　　劉文上認為，從技術(shù)上看，兩者之間其實并沒有太大的優(yōu)劣式之分，從應(yīng)用范圍上來看，兩者其實很多都是一樣的。區(qū)別在于，NB-IOT采用的是運營商統(tǒng)一部署覆蓋全國的網(wǎng)絡(luò)進行收費運營的方式，而LoRa可以讓企業(yè)搭建屬于自己的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)業(yè)務(wù)運營。雖然NB-IoT受到了運營商的強力支持，不過并不代表LoRa就會被輕易取代。

　　“LoRa相對NB-IoT的好處是已經(jīng)有成熟的商用，而NB-IoT才剛剛開始。LoRa和NB-IoT的應(yīng)用可能會有很多重疊，不過NB-IoT是由運營商來主導(dǎo)，要用到運營商的網(wǎng)絡(luò)，因此數(shù)據(jù)是先上到運營商那里，許多企業(yè)或許不愿意把自己的數(shù)據(jù)給到別人，所以這些企業(yè)寧愿部署自己的私有物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這時候用LoRa就很合適。”劉文上說道。

　　上海雍敏信息科技股份有限公司董事長張敏也有同樣的觀點，該公司目前也在為第三方開發(fā)LoRa方案。他認為，其實LoRa和NB-IoT兩個都是目前最有發(fā)展前景的遠距離通信技術(shù)，并且他們在技術(shù)上來說并不是說哪個更好，哪個差些，最終誰發(fā)展得好，主要看背后的陣營的推動力量以及國家的政策。

　　“兩者的應(yīng)用范圍其實也沒有太大區(qū)別，都是智能電表、水表抄表、智能農(nóng)業(yè)等低數(shù)據(jù)量的采集。說到智能電、水表的抄表，如果采用NB-IoT，需要用到電信運營商的基站，但是水電氣的運營商(電力公司、水務(wù)公司)不會把數(shù)據(jù)通過電信運營商繞一圈在收回來，他們完全可以自己搭建網(wǎng)絡(luò)，因為其中涉及到很多利益分配問題。”張敏說道，所以最終哪類技術(shù)會更勝一籌或占據(jù)大部分應(yīng)用目前還不好判斷。

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　　作者：楊碧玲