根據傳播距離的差別,物聯網涉及到的無線網絡連網方式可以分為局域網連接和廣域網連接。局域連接方式有藍牙連接、ZigBee、Wifi連接,廣域連接方式根據功耗和帶寬的不同分為蜂窩寬帶網絡連接和低功耗廣域網連接(LPWAN)。不同的連接方式對應著各自適合的應用場景,目前全球電信運營商已經構建的2G、3G、4G等蜂窩網絡雖然基本已經實現了全球主要居住地區的覆蓋,但當初設計移動蜂窩通信技術的應用場景主要是人與人的高速率通信。
近十年來,運營商也積累了大量的物聯網客戶和連接終端,其中有相當數量的終端是通過2G網絡接入的,但是基于移動蜂窩通信技術的物聯網設備功耗太大,對于低速率和中速率的物物通信場景并不適合。以低功耗廣域網連接中的NB-IoT為例,除了功耗低以外,室內覆蓋能力也非常強,比LTE提升20dB增益,相當于提升了100倍覆蓋區域能力,另外,在同一基站的情況下,NB-IoT可以比現有無線技術提供50-100倍的接入數,一個扇區能夠支持10萬個連接。隨著低功耗廣域網的建設推進,NB-IoT等低功耗廣域網絡將承擔起物物連接的功能,成為未來物聯網的主要連接方式。
關于LPWAN
LPWAN(Low-power Wide-Area Network,低功耗廣域網)專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯網應用場景而設計。常見的LPWAN方案有NB-IoT、LoRa(非授權頻譜)、SigFox(非授權頻譜)三種,基于蜂窩的窄帶物聯網(NB-IoT)與非授權頻譜的LoRa是主流的LPWAN方案,兩者的應用場景基本一樣,都是智能電表、水表抄表等低速率低數據量的采集傳輸,終端電池使用時間可達10年以上。
NB-IoT與LoRa背后的主導力量不同
NB-IoT與LoRa背后的主導力量不同,NB-IoT是運營商主導的物聯網連接方式,無需重新建網,射頻和天線基本都可以復用。以中國移動為例,900MHZ里面有一個比較寬的頻帶,清理一部分2G的頻段,就可以直接進行LTE和NB-IoT的同時部署。
LoRa的誕生比NB-IoT要早些,是由美國Semtech公司率先提出的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案,2013年8月,Semtech公司向業界發布了一種新型的基于1GHz以下的超長距低功耗數據傳輸技術(Long Range,簡稱LoRa)的芯片,2015年3月,LoRa聯盟宣布成立,這是一個開放的、非盈利性組織,目的在于將LoRa推向全球實現商用。該聯盟由Semtech牽頭,發起成員還有法國Actility,中國AUGTEK和荷蘭皇家電信KPN等企業,到目前為止,聯盟成員數量近400家,其中不乏IBM、思科、法國Orange等重量級廠商,而在今年,國內巨頭阿里也加入LoRa陣營。
目前,LoRa主要在全球免費頻段運行,包括433、868、915MHz等。兩者從技術上看并沒有太大的優劣之分,應用范圍也基本一致,區別在于NB-IoT采用的是運營商統一部署覆蓋全國的網絡,數據會經過運營商的網絡,而LoRa可以讓企業搭建屬于自己的網絡實現業務運營,不必向運營商繳費,企業如果不愿意讓自己的數據經過別人的網絡,就可以選擇部署自己的私有物聯網絡。
關于NB-IoT
根據華為《NB-IoT白皮書》描述,NB-IoT技術應用場景將主要分為如下四個領域:
智慧家居:安防、家電、環境等場景的控制;
個人場景:可穿戴設備、老幼看顧等領域;
公共事業場景:智慧垃圾桶、智慧電表、水表、報警探測器等領域;
工業場景:智慧物流、智慧農業、供應鏈管理等領域。
只需要較低的建設成本就可以快速形成NB-IoT的承載能力,這是運營商在物聯網建設上的優勢,因此在國內,運營商還有華為都在積極推動NB-IoT整個生態產業鏈的完善和下游應用的落地。2016年6月16日,NB-IoT技術協議獲得了3GPP無線接入網(RAN)技術規范組會議通過,9月完成性能標準制定,12月完成一致性測試,標志著NB-IoT即可進入商用階段。從立項到協議凍結僅用時不到8個月,成為史上建立最快的3GPP標準之一。據了解,部分與華為合作的模組廠商在2017年5月獲得中國電信單個模組20元補貼后,模組售價在50-60元。后續的模組成本快速下降可以對2G物聯網模塊形成替代,推動應用大規模落地。
LoRa應用
從目前的LoRa應用情況來看,主要有數據透傳和LoRaWAN協議應用。目前還是用LoRa作為數據透傳的多,由于網關技術和開發的門檻比較高,使用LoRaWAN協議組網的應用還是比較少。
從LoRa網絡應用方面看,有大網和小網之分。小網是指用戶自設節點、網關和伺服器,自成一個系統網絡;大網就是大范圍基礎性的網絡部署,就像中國移動的通信網絡一樣。從LoRa行業從業者來看,有不少電信運營商也參與其中。隨著LoRa設備和網絡的增多,相互之間的頻譜干擾是存在的,這就對通信頻譜的分配和管理提出了要求,需要一個統一協調管理的機制,一個大網的管理。
LoRa應用需要考慮的幾個問題:
· 距離或范圍;
· 供電或功耗;
· 節點數;
· 應用場景;
· 成本
相對于其他無線技術(如Sigfox、NB-IoT等),LoRa產業鏈較為成熟、商業化應用較早。此前,Microchip公司宣布推出支持LoRa的通信模組,法國Bouygues電信運營商宣布將建設一張新的LoRa網絡。 Semtech也與一些半導體公司(如ST,Microchip等)合作提供晶片級解決方案,有利于客戶獲得LoRa產品并采用LoRa無線技術并實現物聯網應用。