LoRa 与 NB-IoT 主要对比分析 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。 一、引言 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。 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 的对比图，就让我们从这个视角一起去看看两者有何不同。 二、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。 三、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。 四、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。 五、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。 六、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。