在线能耗监测系统中近距离通信技术LoRa与NB-IoT对比

发布时间 : 2022-04-17  浏览次数 :

在线能耗监测系统是物联网中常见的一种使用场景。

首先介绍一下物联网的基本架构包括三个层面:感知层、网络层和应用层。


在线能耗监测系统中近距离通信技术LoRa与NB-IoT对比(图1)

感知层(信息获取层),即利用各种传感器等设备随时随地获取物体的信息;

网络层(信息传输层)通过传感器采集某些数据,基于网络层的终端模组,对接到网络层的基站,实现数据采集后的传输。网络层负责将感知层采集的数据进行回传,基于不同特点采用不同的通信协议技术进行回传至关重要。

应用层(信息处理层)可以理解为物联网的数据平台和业务平台。数据平台作为所有物联网终端数据的集合点,负责数据的统一存储、分析等,并向通过标准的API接口提供给业务平台做数据调用;业务平台基于数据平台的原始数据实现各种业务逻辑,对外呈现的是服务。




近距离通信技术特点:


在线能耗监测系统中近距离通信技术LoRa与NB-IoT对比(图2)

远距离通信场景:

LPWAN的目标是为物联网应用中的M2M(设备到设备)通信场景而优化的远距离无线网络通讯技术。LPWAN技术的优势主要体现在:低速率、超低功耗、长距离、低吞吐、强覆盖。这些特点恰好说明,此项技术正是针对物联网在长距离传输的场景下开发的。具体应用如:城区覆盖、远程抄表、重点用能企业在线能耗监测系统、智慧农业、井盖检测以及近海渔船检测等。

LPWAN技术特点

LPWAN作为一个新的技术阵营,其内部分为两大派系:授权频段和非授权频段。授权频段又分为EC-GSMeMTC以及NB-IoT;而非授权频段的头牌则是LoRa

EC-GSM:随着LPWAN的兴起,传统的GRPS应用于物联网的劣势愈发明显。2014年,3GPP研究项目提出,将窄带(200kHz)物联网技术迁移到GSM上,寻求比传统GPRS20dB的更广的覆盖范围,并提出五大目标:提升室内覆盖性能、支持大规模设备连接、减小设备复杂性、减小功耗和时延。到了2015年,TSG GERAN #67会议报告表示,EC-GSM已满足5大目标。但随着R13 NB-IoT标准冻结之后,人们将更多精力投入到了重新定义的标准当中。

eMTC的概念在R13中被正式命名,以前的R12被称为Low-Cost MTC,它是基于LTE演进的物联网技术。eMTC基于蜂窝网进行部署,用户设备通过支持1.4MHz的射频和基带带宽,可直接接入现有的LTE网络。eMTC的关键能力在于速率高(相较于GPRSzigbee)、可移动、可定位以及支持语音。

 NB-IoT最近特别火热的NB-IoT其实是NB-CIoTNB-LTE两者的融合。NB-CIoT提出了全新的空口技术,较传统LTE网络改动较大,他满足于TSG GERAN#67会议上提出的五大目标,其亮点在于通信模块成本低于GSMNB-LTE的模块。而NB-LTE则与现有的LTE兼容,特点是利于部署。在激烈的争论后,终于对两者加以融合,形成了NB-IoT的技术标准。

NB-IoT全称为窄带物联网,可以直接部署于LTE网络,良好的兼容性降低了部署的成本。其本身具有更低的功耗,理论上估算,承载NB-IoT的终端模组基于电池的待机时间可达10年之久。模块成本的降低,也让市场更多的公司开始应用这项技术,风靡全国的共享单车就是其一。某公司第三代的智能锁就采用了NB-IoT的模组,一方面是运营商的大力推广,另一方面也确实带来了价值。

LoRaNB-IoT齐头并进发展的就是LoRa,与之不同的是LoRa技术使用非授权频段。它是由Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术。LoRa全称是Long Range,顾名思义,LoRa可以支持长距离传输。在中国,LoRa可以使用的频段有两个:CN779-787以及CN470-CN510。由于CN779-787最大发射功率只有10dBm(10mW),并没有实用的价值。所以人们更青睐于CN470-CN510这个频段,它的最大发射功率可以达到17dBm(50mW)


 在线能耗监测系统中近距离通信技术LoRa与NB-IoT对比(图3)

总结:

基于成本的考虑,LoRa的模组单价在8-10美元左右,而且非授权频段也不需要支付额外的频谱成本,相比于NB-IoT而言,成本方面具有较大优势。在电池性能方面,由于NB-IoT在蜂窝授权频谱上工作,所以需要定时进行网络同步,会消耗相应的电量,而LoRa则无此担忧,但NB-IoT的这个特性也受到共享单车的热烈欢迎,可以基于此来做车辆的实时定位工作。另外,从商业模式上来看,NB-IoT属于运营商建网,业务方不需要自己来考虑基站的部署,比较省心;但与此同时,网络的质量、安全都是不可控的风险,且企业自身的增值也会受到一定阻碍。反观LoRa,属于企业自建网络,基站需自己部署,后续需自己运维、优化等,覆盖的点位、网络质量及安全等维度都要自己负责。因此每一个应用场景都有自己独特的需求和考虑来选用适合的通讯方式。