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关于 LoRaWAN 和 NB-IoT 的 10 件事

LoRa, Wireless RF, Internet of Things

Remi Lorrain

Remi Lorrain

Semtech 的 LoRaWAN 网络总监

关于 LoRaWAN 和 NB-IoT 的 10 件事

物联网 (IoT) 持续革新我们与器件连接和互动的方式。现在已有多种网络选择,可用于搭建智能的解决方案。其中,领先的低功耗广域网 (LPWAN) 是 LoRaWAN® 和 NB-IoT。

NB-IoT 专为使用蜂窝基础设施的器件和云之间的远程通信而开发,与 LTE 移动网络兼容。LoRaWAN 使用免授权的 sub-gigahertz 无线频段,令连接到网络和云端应用服务器的终端节点和网关实现 LPWAN 通信。如今,Semtech 的 LoRa® 技术已成为事实上的物联网无线平台。凭借其远距离和低功耗的特点,LoRa 为各种垂直领域提供多样化的解决方案。LoRa 技术为 LoRaWAN 标准提供通信层。而LoRaWAN 已被国际电信联盟 (ITU) 批准成为全球标准。

物联网就是利用合适的技术去提高效率,它解决的都是现实世界的问题,例如提高生活质量、发展当地经济和更好地保护地球。创建您自己的物联网应用时,需要考虑包括 LPWAN 连接性在内的几个因素。下面我们将从各方面比较 LoRaWAN 和 NB-IoT。

1. 生态系统

  • LoRaWAN 得到 LoRa Alliance® 的支持。LoRa Alliance® 是国际电信联盟 (ITU-T) 电信标准化部门认可的一个开放性非营利组织。其成员来自世界各地,他们密切合作并分享经验以促进 LoRaWAN 标准的成功。LoRaWAN 标准已被 ITU-T 认可为开放的全球标准,提供安全的、电信级的物联网 LPWAN 连接。

  • NB-IoT 得到了第三代合作伙伴计划 (3GPP) 和 GSMA 的支持。这两个电信标准协会以推广蜂窝网络和器件为共同目标。NB-IoT 主要在中国推出,并开始在其他地区出现。

2. 频谱

  • LoRaWAN 针对超低功耗和远距离应用进行了优化。LoRaWAN 网络使用的是工业、科学和医疗应用 (ISM)的 sub-GHz 频段,无需授权,网络运营商和器件制造商均可免费访问。

  • NB-IoT 使用的是基于蜂窝 (LTE) 网络的授权频段,主要针对频谱利用率进行了优化。蜂窝运营商需要为使用这些频段支付非常高昂的授权费用,因此能够承担NB-IoT服务费用的运营商数量有限。

3. 部署状态

  • 截至 2022 年 3 月,已有166 家网络运营商提供 LoRaWAN 连接,有 181 个国家/地区部署了 LoRaWAN 私有和公共网络,还有超过 2.4 亿个终端节点和 320 万个网关正在运行。

  • 据代表 NB-IoT、LTE 和其他移动网络利益的组织 GSMA ,截至 2022 年 2 月,已有 62 个国家/地区推出了 NB-IoT。

4. 部署选项

  • LoRaWAN 网络提供高度灵活的部署选择。它们可以被部署在公共区域或私有区域、开放社区或混合网络、室内或室外。LoRaWAN 提供强大的信号传播能力,既支持在城市环境中需要深入到建筑物内部或地下的连接,也适合乡村和开阔环境,每个网关能够覆盖 30 英里。

  • NB-IoT 使用的是 LTE 蜂窝基础设施。这就意味着它们都是室外公共网络,要有 4G/LTE 蜂窝信号塔。即使传感器超出了基站覆盖范围,也无法轻易地将基站部署到其他地方。为物联网用例去扩展 LTE 网络的成本十分高昂。

5. 协议

  • LoRaWAN 标准允许异步发送数据,即仅在必要时发送数据。这样一来,现场传感设备的电池寿命得以延长 10 年,电池更换成本低。LoRaWAN 一开始就是为了实现低器件能耗而设计的。

  • NB-IoT 保持与蜂窝网络的同步连接,无论是否存在要发送的数据。这大大缩短了传感器件的电池寿命,导致电池更换成本高,在许多应用中其成本可能会高得令人望而却步。高精度电子设备、大量器件堆叠、多频段的频谱设计,还有端到端同步协议,都增加了能耗。

6. 发射电流

  • LoRaWAN 提供 10 dBm 时 18 mA、20 dBm 时 84 mA 的发射电流。调制方面的差异使得 LoRaWAN 可由成本极低的电池(包括纽扣电池)供电。

  • NB-IoT 传感器在 23dBm 时消耗约 220 mA、在 13dBm 时消耗约 100mA,因此它的运行更耗电,需要更频繁地更换电池或使用更大容量的电池。

7. 接收电流

  • LoRaWAN 为远程传感器提供更低的传感器物料清单 (BOM) 成本和更长的电池寿命。约 5mA 的接收电流意味着 LoRaWAN 运行的整体功耗降低了 3-5 倍。

  • NB-IoT 的接收电流约为 40mA。蜂窝网络和器件之间的通信平均消耗超过 110mA,一次持续数十秒。对于需要运行 3 年、5 年或 10 年以上的器件,协议开销对电池寿命有重大影响。

8. 数据传输速率

  • LoRaWAN features a data rate of 293 to 50kbps. The LoRaWAN standard adapts data rate dynamically depending on how far the sensor is from the gateway thus optimizing time-on-air (reducing power budget) of the signal and reducing collisions.

  • NB-IoT 在低功率单音使用中的峰值数据速率约为 20kbps。

9. 链路预算

  • LoRaWAN 的最大耦合损耗 (MCL) 信号根据地区法规的限制而不同。在最佳情形下,链路预算介于 155dB 至 170dB 之间。

  • NB-IoT 需要以低比特率频繁进行重复传输,才能支持远程传感器(增加功率预算)。在最佳情形下,链路预算为 164dB。

10. Mobility & Satellite 

移动性

  • LoRaWAN 可支持移动传感器并在资产从一个位置移动到另一位置时对其进行追踪。对于许多应用来说,即使没有 GPS,也可达到足够的精度。

  • NB-IoT 仅限于空闲模式小区重选,并未针对移动资产追踪进行充分优化。

Satellite

  • LoRaWAN(支持 LR-FHSS 数据速率)非常适合直接的器件到卫星通信,它限制下行链路通信以防止地面器件的干扰,优化电池寿命,在恶劣的无线电条件下能实现高链路预算。

  • NB-IoT 频繁的下行通信、恶劣无线电条件下消息重复导致的高能耗,对器件到卫星通信而言都是挑战。

下载信息图,查看本博客中信息的摘要。

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