比较NB-IoT、LTE-M、LoRa、SigFox和其他LPWAN技术

在我们关于低功耗广域网（LPWAN）技术的第一篇文章中，我们介绍了基本概念——什么是LPWAN，以及LPWAN相比其他连接方案的一些优势。在本系列的第二篇文章中，我们将比较一些主要的LPWAN技术和市场参与者。阅读完本文后，您应该对哪种LPWAN技术最适合您的物联网项目或部署有了全面的了解，并知道下一步该从哪里着手。LPWAN技术尽管有许多LPWAN技术和标准，我们将重点介绍Sigfox、LoRa、Symphony Link和Weightless。虽然还有其他专有协议和协议栈，如Dash7联盟协议，但由于它们尚未获得足够的市场认可，本文不会涉及。LTE-M和窄带物联网（NB-IoT，也称为“NB-IoT”或“LTE-M2”，在这篇文章中被详细解释）已成为该领域的新兴重要玩家。随着5G技术即将到来，快速变化的物联网连接格局即将迎来另一场重大变革。了解LPWAN在这一格局中的定位，以及如何评估不同LPWAN技术的成本与优势，对于为未来的连接选项转变做好准备至关重要。接下来的章节将概述每种LPWAN技术的特性。在本系列的后续文章中，我们将分别针对每种选项进行深入探讨，详细分析其各自的优缺点。我们还将深入探讨这些技术背后的技术栈。“了解LPWAN在这一格局中的位置，以及如何评估不同LPWAN技术的成本与优势，至关重要。” —Calum McClellandNB-IoT和LTE-MLTE-M和窄带物联网（NB-IoT）是LPWAN领域中引人期待的补充。LTE-M是第三代合作伙伴计划（3GPP）对低功耗广域网解决方案的回应，这些方案可以基于标准LTE连接运行，同时节省资源。NB-IoT是另一个由3GPP开发的标准，旨在应对Sigfox和LoRa联盟（如下所述）带来的变革。然而，NB-IoT与LTE-M不同，它在LTE架构之外运行。NB-IoT的一大优势在于其更简单的波形：该技术功耗极低。另一个显著优势是成本。通过选择专为NB-IoT协议设计的芯片，这些芯片结构更简单，从而降低了整体组件成本。最后，NB-IoT在智慧城市应用中具有潜在优势。LinkLabs预测NB-IoT在建筑物穿透能力方面可能会优于LTE-M。然而，美国市场的部署将面临困难，因为LTE技术高度普及，而且兼容LTE-M的芯片价格往往过于昂贵，因此你必须做出取舍。但最终归结于你的具体应用场景：NB-IoT更适合智能电表等静态资产，而LTE-M则更适合车辆或无人机等需要漫游功能的场景。LTE-M具有明显的优点。首先，它具备更高的数据速率，这对于数据密集型应用非常重要。与NB-IoT相比，其前端也相对简单。然而，除了LTE主要是一个美国技术标准之外，还有其他限制需要考虑。首先，我们仍需进一步验证LTE-M的功耗效率。另外，还有严峻的授权问题需要考虑。谁希望要向高通（Qualcomm）或InterDigital这样的公司支付蜂窝知识产权的授权费用呢？总体而言，经济和实际因素可能会主导NB-IoT与LTE-M之争。我们很可能会看到美国的主要服务提供商大力推动LTE-M，因为他们已经在LTE技术上投资了数十亿。相比之下，在全球其他以GSM频谱为标准的地区，我们预计将更倾向于选择非LTE的NB-IoT协议。LoRaLoRa联盟是一个开放的非营利组织，旨在促进某些LPWAN技术的生态系统发展。该联盟在北美、欧洲、非洲和亚洲拥有大约400家成员公司，创始成员包括IBM、MicroChip、思科（Cisco）、Semtech、Bouygues Telecom、Singtel、KPN、Swisscom、Fastnet和Belgacom。LoRaWAN是由LoRa联盟管理的开放标准网络层。然而，它并不完全开放，因为实现完整LoRaWAN协议栈所需的底层芯片只能通过Semtech获得。简单来说，LoRa是物理层：即芯片。而LoRaWAN是MAC层：即安装在芯片上的软件，用于实现网络功能。Jensd的I/O Buffer博客上可以找到一个更详细且更简单的LoRaWAN介绍。LoRa的功能与Sigfox相似，主要用于上行链路应用——从传感器或设备到网关的数据传输——并且具有许多终端节点。然而，LoRa不是使用窄带传输，而是通过编码数据包在不同的频率通道和数据率上传输信息。这种方式使得信息之间更少发生碰撞和干扰，从而提高网关的容量。Sigfox成立于2009年的Sigfox是一家总部位于法国Labège的法国公司。由于在欧洲成功的营销策略，Sigfox在LPWAN领域已取得显著进展。此外，它还拥有一个庞大的供应商生态系统，包括德州仪器（Texas Instruments）、Silicon Labs和Axom。最近，Sigfox将大部分精力投入在迅速增长的欧洲市场，这也是美国用户需要考虑的一点。Sigfox采用专有技术，例如使用缓慢的调制速率来实现更远的通信范围。由于这种设计选择，Sigfox非常适合只需发送小量、低频数据的应用场景，例如停车传感器、水表或智能垃圾桶。然而，它也有一些缺点。向下链路传输数据（即从网关返回传感器/设备）能力严重受限，并且信号干扰可能成为一个问题。Symphony LinkLink Labs是LoRa联盟的成员，因此使用上述LoRa芯片。然而，Link Labs并未采用LoRaWAN，而是基于Semtech的芯片构建了一个专有的MAC层（软件），称为Symphony Link。Link Labs成立于2013年，由约翰霍普金斯大学应用物理实验室的前成员创立，总部位于马里兰州安纳波利斯。与LoRaWAN相比，Symphony Link增加了一些重要的连接功能，包括确保消息接收、空中固件升级、取消占用周期限制、中继能力以及动态范围。WeightlessWeightless SIG（特别兴趣小组）成立于2008年，旨在标准化LPWAN技术。该组织有五个“促进组成员”（Promotor Group Members），包括埃森哲（Accenture）、ARM、M2COMM、索尼欧洲（Sony-Europe）和Telensa。Weightless是唯一真正开放的标准，工作在低于1 GHz的非授权频谱。Weightless有三个版本，分别适用于不同用途：- **Weightless-W**：利用空白频谱（许可电视频段中的未使用本地频段）。- **Weightless-N**：源自NWave技术的非授权频谱窄带协议。- **Weightless-P**：源自M2COMM的Platanus技术的双向协议。由于Weightless-W电池续航时间较短，Weightless-N和Weightless-P更为流行。**Weightless-N / NWave**Weightless-N的功能与Sigfox非常相似，但在MAC层实现了更好的性能。它声称采用“先进的解调技术”，使其网络可以在不增加额外噪声的情况下与其他无线技术共存。与Sigfox一样，它最适合传感器网络、温度读取、储罐液位监控、智能计量等应用。**Weightless-P**该标准使用12.5 kHz窄带上的FDMA+TDMA调制（比Sigfox更宽，但比LoRa更窄），并具有自适应数据率（200 bps到100 kbps），类似Symphony Link。其灵敏度很高，在625 bps下可达-134 dBm，并支持PSK和GMSK调制。Weightless-P适用于私有网络、更复杂的应用场景，以及需要控制上行和下行数据的案例。目前，Weightless-P的开发套件刚刚开始进入市场。正如上述所讨论的，各种LPWAN技术之间存在重要的差异，再加上NB-IoT和LTE-M协议的新竞争，要跟上不断变化的LPWAN格局可能会变得困难。希望本系列文章能帮助您在选择下一个物联网解决方案的LPWAN技术时做出明智的决定。首次发布于2017年4月17日。更新于2023年2月2日。TweetShareShareEmail ConnectivityLoRaLoRaWANLPWANNB-IoT