摘 要：物聯(lián)網(wǎng)時代的快速發(fā)展，使低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)拉進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)通訊層長與低功耗之間的距離。LoRa和NB-IoT作為IPWAN兩大主流陣營，有著大容量、廣覆蓋、低功耗、低成本及高穩(wěn)定性等優(yōu)勢。本文基于NB-IoT和LoRa技術(shù)原理，分析其技術(shù)特點和商業(yè)特性，給出其市場定位，提出兩者應(yīng)優(yōu)勢互補并在競爭中尋求合作，拉開物聯(lián)網(wǎng)時代新格局的帷幕。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；LoRa；NB-IoT

中圖分類號：TN929.5；TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）06-0197-02

Abstract：With the rapid development of the internet of things，low power wide area network technology has drawn the distance between the communication layer of the internet of things and the low power consumption. LoRa and NB-IoT，as the two mainstream IPWAN camps，have the advantages of large capacity，wide coverage，low power consumption，low cost and high stability. Based on the principle of NB-IoT and LoRa，this paper analyzes its technical characteristics and commercial characteristics，gives its market orientation，puts forward the complementary advantages of the two and seeks cooperation in the competition，and opens the curtain of the new pattern of the age of the internet of things.

Keywords：internet of things；LoRa；NB-IoT

0 引 言

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)信息時代不斷發(fā)展，各種數(shù)據(jù)的交互因為終端的設(shè)計場景不同，需要不同技術(shù)網(wǎng)絡(luò)支撐，當(dāng)前廣泛應(yīng)用的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)卻滿足不了距離長、寬帶窄的通信場合，此時，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運而生。低功耗網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)關(guān)鍵，如今已經(jīng)是物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域。本文中筆者通過對IPWAN中兩大主流技術(shù)LoRa和NB-IoT的技術(shù)特點和商業(yè)特性做了分析比較，合理解釋了物聯(lián)網(wǎng)新格局的開啟。

1 LoRa和NB-IoT的主要技術(shù)和優(yōu)勢

1.1 LoRa的主要技術(shù)和優(yōu)勢

IoTa采用了LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，LoRaWAN以典型的星型拓?fù)錇榫W(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，能夠為電池供電的無線設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)連接，這種網(wǎng)絡(luò)連接十分廣泛，包括了某些區(qū)域、國家甚至全球。LoRa技術(shù)的主要優(yōu)勢主要有以下幾點：（1）低功耗。157dB的連接預(yù)算，通訊距離可以達(dá)到15公里，而接收電流僅10mA，睡眠電流僅200nA；（2）大容量。在一定的條件之下，發(fā)射功率為20dBm，在建筑密集的環(huán)境下可以覆蓋2公里左右，在密度較低的建筑環(huán)境下可以覆蓋10公里；（3）支持通過信號空中傳輸時間測量距離和進(jìn)行定位[1]。

1.2 NB-IoT的主要技術(shù)和優(yōu)勢

NB-IoT是在原始ITE技術(shù)的自身特點基礎(chǔ)上，通過簡化以及技術(shù)優(yōu)化而形成的。主要有獨立部署、保護(hù)帶部署和帶內(nèi)部署三種部署方式，突出其廣覆蓋、低成本及低功耗的三個優(yōu)勢。具體如下：（1）廣覆蓋：在相同的頻段下，NB-IoT與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)相比，覆蓋面積擴大100倍；（2）低成本：技術(shù)能力強，可以減少協(xié)議棧住開銷和減少不必要的硬件，做到低成本；（3）低功耗：可以通過降低芯片的復(fù)雜度來減少對外來接收的耗電，延長睡眠周期，減少功耗。

2 技術(shù)對比

2.1 工作頻段和服務(wù)質(zhì)量

工作頻段是影響遠(yuǎn)距離通訊質(zhì)量的重要因素，LoRa在非授權(quán)頻段工作，相比于其他業(yè)界的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，LoRa使用了線性調(diào)頻技術(shù)，保證了工作頻段的低功耗性，通訊距離也大幅度增加。NB-IoT以蜂窩技術(shù)為基礎(chǔ)，主要使用的是1GHz以下的授權(quán)頻段。

LoRa有著很好的抵抗擾動干擾和實現(xiàn)多信道數(shù)據(jù)并行處理的能力，但是不能提供和NB-IoT一樣的服務(wù)質(zhì)量。高服務(wù)質(zhì)量需要高投入來實現(xiàn)，NB-IoT通過授權(quán)頻段和同步協(xié)議來保證其服務(wù)質(zhì)量，而LoRa只適用于服務(wù)質(zhì)量要求不高的場景。相比之下，NB-IoT的服務(wù)質(zhì)量比較可靠，用戶體驗感比較強，得到廣大運營商的青睞[2]。

2.2 電池壽命和頻段利用率

IoTaWAN協(xié)議可以根據(jù)實際的應(yīng)用場景合理地改變節(jié)點的通訊頻率來降低運行的能耗，其峰值電流和休眠電流都比較小，電池壽命會比較長。NB-IoT的同步協(xié)議以蜂窩技術(shù)為主，同步次數(shù)減少，其峰值電流和休眠電流是LoRa的很多倍，功耗方面比不上LoRa技術(shù)。但是NB-IoT的頻段利用率要比LoRa高，NB-IoT技術(shù)可以充分地利用頻段技術(shù)，為通訊頻道的節(jié)點提供大量數(shù)據(jù)的吞吐還有比較短的延遲。而LoRa的收發(fā)數(shù)據(jù)長度有一定的限制，頻段利用率比較低。

2.3 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以及成本

在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍方面，NB-IoT有較大的覆蓋面。在郊區(qū)LoRa最大傳輸距離為15千米，而NB-IoT的傳輸距離可以達(dá)到35千米，差了兩倍之多。可是在部署方面，LoRa比NB-IoT要優(yōu)越一些。NB-IoT在部署過程中，信號會受到4G/ITE的限制，4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋尚未全面普及，在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村地區(qū)仍然沒有4G網(wǎng)絡(luò)，那么NB-IoT就不適合在沒有4G網(wǎng)絡(luò)的偏遠(yuǎn)山區(qū)和農(nóng)村地區(qū)部署。在成本方面，NB-IoT雖有較好的服務(wù)質(zhì)量，但頻段授權(quán)的費用非常高，盡管不斷在其他基礎(chǔ)上進(jìn)行升級，但是每個基站的費用最少也要15000美金；而LoRa技術(shù)不具備高質(zhì)量的服務(wù)，可以用于要求比較低的場景中，它花費的部署成本相比于NB-IoT大大減少。

3 市場定位

在物聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)的長距離傳輸和低功耗是最突出的矛盾，在不斷的努力研究下，由日漸成熟的IPWAN技術(shù)來填補這個層面的缺陷。在IPWAN領(lǐng)域中，LoRa技術(shù)和NB-IoT技術(shù)是兩大主流，在市場上有著舉足輕重的地位，從上文的比較分析來看兩種技術(shù)各有優(yōu)缺，下文將主要探究兩種技術(shù)中哪種可以絕對占領(lǐng)市場還是要在合作中尋求共存發(fā)展[3]。

3.1 LoRa技術(shù)

LoRa技術(shù)的協(xié)議有著獨特性，它可以隨時對客戶的要求做出適應(yīng)性的改變，網(wǎng)絡(luò)部署成本也比較低。通常適用于有特殊要求的應(yīng)用型網(wǎng)站，例如：企業(yè)、政府機構(gòu)。體現(xiàn)出了靈活性、經(jīng)濟性的特點。除此之外，LoRa還適用于定位跟蹤、低功耗及大量連接等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，下文以實例來說明其在市場上的應(yīng)用。

在我國城市高速公路和國道、省道不斷發(fā)展的今天，智慧道路的方案應(yīng)運而生?；贚oRa技術(shù)的智慧道路方案，通過LoRa信號覆蓋可解決在道路上發(fā)生的一些突發(fā)狀況和擁堵情況。（1）應(yīng)急終端：當(dāng)在道路上發(fā)生車禍?zhǔn)鹿驶蚴擒囕v出現(xiàn)問題時，可以通過安裝在路燈桿上的應(yīng)急終端來向道路管理云平臺發(fā)送求助請求。道路管理云平臺接收到請求以后，通過GIS信息確定事發(fā)地點，安排人員及時并準(zhǔn)確的趕到事發(fā)地點進(jìn)行處理。（2）道路管理云平臺：道路云平臺有兩個主要的功能，一是接收應(yīng)急終端發(fā)來的求助請求；二是通過APP客戶端向客戶反饋道路信息擁堵情況。（3）手機APP用戶端：在APP客戶端中，客戶可以接收道路管理云平臺發(fā)送的路段擁堵情況，也可以向道路管理云平臺發(fā)送自己車輛所在的路段擁堵的情況，為智慧道路提供了及時性和準(zhǔn)確性的信息。

3.2 NB-IoT技術(shù)

NB-IoT以蜂窩技術(shù)為基礎(chǔ)，有著很好的服務(wù)質(zhì)量，得到了很多運營商的青睞。在國際標(biāo)準(zhǔn)的指定、監(jiān)管政策的完善和大量運營商的推行下，NB-IoT技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)部署日益加快，在公網(wǎng)和運營商級的網(wǎng)絡(luò)中，占有很大的優(yōu)勢。在市場中，NB-IoT技術(shù)還能夠滿足低傳遞速率和時間延長不高的場景，下文舉例分析其在市場中的應(yīng)用[4]。

基于NB-IoT智慧路燈可以解決傳統(tǒng)路燈存在的節(jié)能管理不足、故障檢測不及時等問題?；贜B-IoT智慧路燈的具體應(yīng)用如下：（1）數(shù)據(jù)采集。通過在路燈桿上安裝傳感器，定時檢測車流量，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰窡艄芾碇行摹＃?）節(jié)能管理。路燈管理中心可以通過分析車流量數(shù)據(jù)，在控制不同路段路燈開放的數(shù)量，從而起到節(jié)能管理。（3）安全檢測。通過檢測路燈各條支線的電流、電壓及能耗進(jìn)行比較分析，監(jiān)控異常問題，及時排除故障，做到日常路燈維護(hù)。（4）智慧路燈終端：采集路燈車流量信息和路燈干線、支線信息，通過終端，傳輸?shù)铰窡艄芾碇行?，實現(xiàn)及時信息共享。（5）NB-IoT通信網(wǎng)絡(luò)。通過獨立部署、保護(hù)帶部署及帶內(nèi)部署對信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。（6）路燈管理平臺。控制智慧路燈的遠(yuǎn)程開關(guān)，記錄日常管理日志。

3.3 LoRa技術(shù)和NB-IoT技術(shù)共同發(fā)展

經(jīng)過分析，LoRa技術(shù)和NB-IoT技術(shù)各有技術(shù)特點和市場特性，相對來說兩者的技術(shù)中都沒有一定的完整性，基于目前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的事態(tài)，本研究認(rèn)為可以在合作和競爭中一起推動LoRa技術(shù)和NB-IoT技術(shù)的共同發(fā)展，將兩項技術(shù)的優(yōu)勢互補，建立一個更具有完整的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層，開創(chuàng)更全面的物聯(lián)網(wǎng)立體格局[5]。

4 結(jié) 論

LoRa技術(shù)和NB-IoT技術(shù)的使用，讓整個物聯(lián)網(wǎng)市場煥然一新，也造福了各行各業(yè)的發(fā)展。LoRa技術(shù)網(wǎng)絡(luò)不會受到4G/ITE的限制，比較適用于網(wǎng)絡(luò)部署；基于蜂窩技術(shù)的NB-IoT技術(shù)有著很高的服務(wù)質(zhì)量，適用于公用網(wǎng)絡(luò)。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷深入發(fā)展，兩者特有的技術(shù)特點和商業(yè)性會有不同的市場定位和發(fā)展的方向，形成物聯(lián)網(wǎng)的新格局。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳毅，夏婷婷，李潤青.基于NB-IoT及LORA的技術(shù)分析和應(yīng)用展望 [J].中國管理信息化，2018（3）：162-164.

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[3] 盧斌.NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強技術(shù)探討 [J].移動通信，2016，40（19）：55-59.

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[5] 黃文超.NB-IoT低速率窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 [J].電子測試，2017（6）：58+29.

作者簡介：瞿祎（1982-），男，漢族，浙江樂清人，華立科技股份有限公司物聯(lián)網(wǎng)通信，技術(shù)總監(jiān)，中級工程師，碩士。研究方向：通信技術(shù)。