IoT连接:比较NB-IoT,LTE-M,LoRa,SigFox和其他LPWAN技术

在本文中,我们将比较IoT连接解决方案的主要LPWAN(低功耗广域网)技术。您将广泛了解哪种LPWAN适合您的物联网应用程序以及如何最好地向前发展。

LPWAN技术

尽管有许多LPWAN技术和标准,但我们将重点关注SigFox,LoRa,Symphony Link和Weightless,因为这些技术正在积极开发或部署中。尽管还有其他专有协议和协议栈,例如Dash7联盟协议,但它们并没有获得太大的关注,因此本文不会对此进行介绍。 LTE-M和窄带物联网(也称为“ NB-IoT”和“ LTE-M2”)最近成为该领域中的新的重要参与者。随着5G席卷全球,快速变化的IoT连接格局将迎来另一重大转变。了解LPWAN如何适应该环境以及如何权衡不同LPWAN技术的成本和收益,以便为将来在连接选项方面的转变做好充分的准备,这一点至关重要。

以下各节将概述每种LPWAN技术。在本系列的其余部分中,我们将为每个选项专门介绍一个帖子,深入探讨每个选项的优缺点。我们还将对其底层技术堆栈进行技术深入分析。

NB-IoT和LTE-M

LTE-M和窄带物联网(NB-IoT)是LPWAN领域的有希望的补充。LTE-M是3GPP对LPWAN解决方案的强烈兴趣做出的回应,该解决方案在保留资源的同时支持标准LTE连接。NB-IoT是挑战Sigfox和LoRa联盟引发的另一种3GPP架构,但是,NB-IoT与LTE-M的不同之处在于它在LTE架构之外运行。

NB-IoT的一大优势是其波形更简单:该技术消耗的功率最小。另一个大优势是成本。通过选择专门为NB-IoT协议设计的芯片组,其结构更简单,从而降低了总体组件成本。最后,NB-IoT在智慧城市应用方面具有潜在优势。LinkLabs预测,与LTE-M相比,NB-IoT可能具有更好的建筑渗透性。另一方面,由于LTE无处不在,因此在美国进行部署将很困难,而且由于包含LTE-M的芯片通常价格过高,因此您必须做出选择。但通常取决于您的特定用例。NB-IoT可能最适合智能仪表等静态资产,而LTE-M在诸如车辆或无人机等漫游应用中具有优势。

LTE-M具有显著的优势。首先,它具有更高的数据速率,这对于数据丰富的用例非常重要。与NB-IoT不同,前端相对简单。然而,除了LTE主要是美国技术之外,还有其他的局限性需要考虑。首先,我们仍然有一个LTE-M的电力效率的感觉,也有严厉的许可证问题需要考虑。谁愿意付钱给高通和InterDigitals这样的公司来授权手机知识产权?

通常,更大的经济和实际力量可能会影响NB-IoT与LTE-M的争论。美国的主要服务提供商可能已经在推动LTE-M,因为他们已经在LTE技术上投入了数十亿美元。 相比之下,在以GSM频谱为标准的世界其他地区,我们可以期望看到对(非LTE)NB-IoT协议的偏爱。

LoRa

LoRa联盟是一个开放的非营利性协会,旨在为某些LPWAN技术构建生态系统。 它在北美,欧洲,非洲和亚洲拥有约400家成员公司,其创始成员包括IBM,MicroChip,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。但是,由于只能通过Semtech获得实现完整的LoRaWAN堆栈的基础芯片,因此它并不是真正开放的。基本上,LoRa是物理层:芯片。 LoRaWAN是MAC层:芯片上安装的用于联网的软件。

该功能与SigFox相似,主要用于仅上行链路的应用程序,从传感器/设备到网关的数据,具有许多端点。 但是,它不是使用窄带传输,而是使用编码的数据包在不同的频率信道和数据速率上分配信息。这些消息相互冲突和干扰的可能性较小,从而增加了网关的容量。

SigFox

SigFox成立于2009年,是一家总部位于法国拉贝格的法国公司。由于其在欧洲的成功营销活动,SigFox在LPWAN领域具有重要的吸引力。它还拥有庞大的供应商生态系统,其中包括德州仪器(TI),Silicon Labs和Axom。最近,SigFox已将其大部分精力投入到快速发展的欧洲市场中。

SigFox使用专有技术,例如使用慢速调制率来实现更大的范围。由于这种设计选择,SigFox对于系统只需要发送少量、不频繁的数据突发的应用程序来说是一个很好的选择。

可能的应用包括停车传感器,水表或智能垃圾桶。但是,它也有一些缺点。将数据发送回传感器/设备的能力(下行链路能力)受到严格限制,信号干扰可能成为问题。

Symphony Link

Link Labs是LoRa联盟的成员,因此使用上面提到的LoRa芯片。但是,Link Labs并未使用LoRaWAN,而是在Semtech的名为Symphony Link的芯片上构建了专有的MAC层(软件)。

Link Labs由约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的前成员于2013年成立,总部位于马里兰州安纳波利斯。

与LoRaWAN相比,Symphony Link添加了一些重要的连接功能,包括保证的消息接收,无线固件升级,消除占空比限制,转发器功能和动态范围。

Weightless

Weightless SIG(special interest group,特殊兴趣组)成立于2008年,其使命是规范LPWAN技术。有五个“推广组成员(Promotor Group Members)”,包括埃森哲、ARM、M2COMM、索尼欧洲和Telensa。

Weightless是唯一在低于1 GHz的未许可频谱中运行的真正开放标准。共有三种不同的Weightless版本,分别用于不同的目的:

Weightless-W:利用空白空间(许可电视频段中未使用的本地频谱)

Weightless-N:源自NWave技术的免执照频谱窄带协议

Weightless-P:双向协议源自M2COMM的Platanus技术

Weightless N和P是更受欢迎的选择,因为Weightless-W的电池寿命较短。

Weightless-N/NWave

Nwave在功能上与SigFox非常相似,但拥有更好的MAC层实现。它声称使用高级解调技术以使其网络与其他无线电技术共存,而不会产生额外的噪声。与SigFox一样,它最适合基于传感器的网络,温度读数,液位监控,智能计量以及其他此类应用。

Weightless-P

该标准在12.5 kHz窄带中使用FDMA + TDMA调制(大于SigFox但小于LoRa)。 它还具有自适应数据速率,类似于Symphony Link(200 bps至100 kbps)。灵敏度很高,在625 bps时为-134 dBm,并支持PSK和GMSK调制。

对于私有网络,更复杂的用例以及在控制上行链路数据和下行链路数据很重要的情况下,Weightless-P是有意义的。Weightless-P的开发套件现在才开始投放市场。

上述LPWAN技术之间存在着重要的细微差别,随着NB-IoT和LTE-M协议的新竞争, LPWAN环境在不断变化。希望本系列能够帮助您在为下一个物联网解决方案选择不同的LPWAN技术时做出明智的决策。

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