物聯(lián)網(wǎng)七大協(xié)議范本

1、PAGE17PAGE17NB-IoT/LTE-M/Sigfox/LoRa/RPMA/Weightless/HaLow七大LPWAN技術之爭較受關注的是采用授權頻譜的NB-IoT和LTE-M，主要由3GPP主導的運營商和電信設備商投入；以及采用非授權頻譜的LoRaWAN、Sigfox、Weightless、HaLow、RPMA(Random Phase Multiple Access)等技術，其大部分投入為非電信領域。LPWAN，Low-Power Wide-Area Network，抓住兩個關鍵詞：低功耗和廣域覆蓋，簡單的說，就是在特省電的情況下，實現(xiàn)長距離通信的無線技術。這種技術的共同點就是

2、，遠距離通信能力可支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署，低功耗可避免經(jīng)常更換電池，降低維護成本。LPWAN最典型的應用就是智慧城市，城市路燈、智能電表、下水道水位探測、智能交通等等，遠距離無線通信可避免鋪設有線管道，低功耗可保證幾年不用更換電池，省事省成本，這對于規(guī)模浩大的智慧城市建設簡直是不二選擇。1 NB-IoT vs. LTE-M，市場碎片化？NB-IoT頗有后來居上的勢頭。2016年3GPP驚覺LPWAN商機已來，火速在6月推出R13 NB-IoT標準。盡管來得稍晚，卻備受矚目。3GPP主導，幾大電信設備商支持，全球300多家運營商的已完成全球90%覆蓋的移動網(wǎng)絡，無以倫比的生態(tài)系統(tǒng)讓其他LPWAN技

3、術直呼狼來了。支持現(xiàn)網(wǎng)升級，可在最短時間內(nèi)搶占市場。運營商級的安全和質(zhì)量保證。標準不斷演進和完善。在3GPP R14標準里，NB-IoT還將會增加定位、Multicast、增強型非錨定PRB、移動性和服務連續(xù)性、新的功率等級、降低功耗與時延等等，讓NB-IoT技術更具競爭優(yōu)勢。因為NB-IoT采用授權頻譜，可避免無線干擾，且具備運營商級的安全和質(zhì)量保證，所以，與其他LPWAN技術比起來，似乎更高逼格。但是，這是有代價的，如果算上頻譜拍賣價格，NB-IoT的部署成本其實是高于一些其他的LPWAN技術的。根據(jù)一份NB-IoT vs LoRa Technology研報，NB-IoT的部署成本高于Lo

4、Ra（如下圖）。這就像寄快遞一樣，一些小快遞公司價格便宜，但是不能保障速度，沒準還把你的充氣娃娃搞丟了，而NB-IoT就有點像快遞中的順豐。所以，對一些對可靠性、包括時延性要求較高的應用場景，NB-IoT不可替代。NB-IoT自R13標準凍結后，正以驚人的速度占領市場，據(jù)不完全統(tǒng)計，中國、德國、西班牙、荷蘭等國家已經(jīng)宣布計劃商用NB-IoT。中國電信計劃于2017年6月商用第一張全覆蓋的NB-IoT網(wǎng)絡。德國電信計劃于2017年第二季度商用NB-IoT網(wǎng)絡，采用LTE 800MHz和900MHz頻段，首先應用于智能電表、智能停車和資產(chǎn)追蹤管理等。荷蘭計劃于2017年前完成國家級的NB-IoT網(wǎng)

5、絡建設。在西班牙，Vodafone首先在巴倫西亞和馬德里部署了NB-IoT，并在3月底將城市擴展到巴薩羅拉、畢爾巴鄂、馬拉加等地，已有1000個以上的基站支持NB-IoT。但是，我們也不要忽略了3GPP的另一股力量LTE-M。2017伊始，LTE-M也在迅速蔓延擴張。2017年2月27日，在MWC2017上，AT&T (美國和墨西哥)、KPN (荷蘭)、 KDDI (日本)、NTT DOCOMO (日本)、Orange (歐洲、中東和非洲)、Telefonica (歐洲)、Telstra (澳大利亞)、TELUS (加拿大) 和Verizon (美國) 聯(lián)合宣布支持LTE-M全球部署。KPN已

6、經(jīng)在荷蘭完成了LTE-M測試，采用的是愛立信和高通設備。AT&T早在2016年就于舊金山部署了LTE-M網(wǎng)絡試點項目，2017年2月，宣布計劃于2017年第二季度完成美國首個國家級的LTE-M網(wǎng)絡部署。這還了得，友商Verizon一萬個不服。就在幾天前，2017年3月31日，Verizon宣布將在美國首個推出全國范圍的LTE-M網(wǎng)絡，并表示正在加速建設，言外之意就是，甭管你AT&T啥時建成，勞資就是要比你快一步。3GPP在R13版本出現(xiàn)了兩種物聯(lián)網(wǎng)版本：LTE-M和NB-IoT。坦白的講，這是妥協(xié)的結果，3GPP和了稀泥，這導致了市場碎片化和混亂。我們先來比較一下兩種技術：一眼便知，NB-Io

7、T在頻譜上更具靈活性，可支持三種部署方式。LTE-M的速率更高。但是，這不夠，物聯(lián)網(wǎng)的關鍵是性能、成本和功耗，所以我們下面從這三個方面來對比。1）性能由于NB-IoT的比特率較小，因此鏈接預算更好，所以，普遍認為NB-IoT的覆蓋范圍比LTE-M更大。不過，最近看到國外一篇文章對此進行了反駁。我只當搬運工，大家來評理。原文如下：最大耦合損耗（MCL）是傳送數(shù)據(jù)時UE和eNodeB的天線端口之間的最大總信道損耗。MCL越高，鏈接越強大。根據(jù)3GPP，CAT-M1的MCL為155.7dB，NB-IoT為164dB，有8dB的差異。表面上看，NB-IoT更具優(yōu)勢。但是，根據(jù)香農(nóng)定理，當信噪比（SNR

8、）很低，噪音是白噪音的情況下，信道容量的近似值是和帶寬無關的?；谏厦娴耐普摚覀儠玫揭韵陆Y論：當發(fā)射功率相同時，兩者在上行方向的覆蓋范圍一致，在下行方向，CAT-M1的覆蓋范圍是NB-IoT的6倍（8dB），因為Cat-M1從節(jié)點（eNB）發(fā)出的信號帶寬是NB-IoT的6倍。事實上，如果我們仔細的去看3GPP標準里面用來計算MCL的參考場景的參數(shù)設置，兩個標準的參數(shù)設置是不同的，比如發(fā)射功率，噪音系數(shù)，和目標吞吐率都不同，這樣的比較是不公平的，如下表：如果我們使用相同的假設條件（相同發(fā)射功率，相同噪音系數(shù)，和相同的目標吞吐率），我們可以看到前面的推論是成立的，即：兩個標準的上行覆蓋范圍相同

9、，下行覆蓋范圍CAT-M1比NB-IoT優(yōu)化8dB。2）成本模塊成本上，NB-IoT比LTE-M低毋庸置疑。LTE-M的帶寬為1.4MHz，NB-IoT處理帶寬為200KHz，基帶部分尺寸更小，而且200K帶寬的射頻前端和數(shù)字處理都比1.4MHz的LTE資源塊簡單得多。另外，NB-IoT波形更簡單，而LTE-M處理OFDM要更復雜。3）功耗由于物聯(lián)網(wǎng)設備大多數(shù)時間在“睡覺”，所以比較功耗主要看設備激活狀態(tài)下的功耗。通常認為，由于NB-IoT速率更低，處理波形更簡單，所以功耗更低。不過，我又看到另一種解釋，說是因為LTE-M比NB-IoT吞吐率更高，那么，如果接收的數(shù)據(jù)量相等，則LTE-M比NB

10、-IoT花的時間更少，這意味著更省電。&%&*%￥#￥. 真是受不了技術宅??！總之，如果非要分個國界的話，美國兩大運營商支持LTE-M，中國和歐洲更支持NB-IoT。當然，關鍵還是運營商根據(jù)自己的實際情況來部署，最利于自己才是關鍵。2 Sigfox，搶地盤搶地盤2017年，在NB-IoT還未站穩(wěn)腳跟之時，Sigfox正在瘋狂的搶地盤，企圖在最短的時間里拉開距離。這也容易理解，Sigfox、LoRaWAN、RPMA這些技術的成熟度本來就領先NB-IoT一兩年，事實上，2017年人家已經(jīng)率先踏上商業(yè)化之路，此時不加速，等待何時？來自法國的Sigfox心里很清楚，與NB-IoT競爭的最大弱勢之一就是

11、網(wǎng)絡覆蓋，畢竟NB-IoT是現(xiàn)成的網(wǎng)絡，部署很快，而Sigfox需要新建基站。所以，現(xiàn)階段他們的目標就是建網(wǎng)絡，瘋狂的建網(wǎng)絡。據(jù)統(tǒng)計，截止2017年1月，Sigfox網(wǎng)絡已覆蓋29個國家和地區(qū)、170萬平方公里、4.7億人口，并計劃在2018年把網(wǎng)絡擴張到60個國家。另外，Sigfox盡管沒有NB-IoT引入矚目，但其在生態(tài)部署上不容忽視。Sigfox采用免費專利授權策略，吸引了許多伙伴加入生態(tài)系統(tǒng)。目前Sigfox已有71個設備制造商、49個物聯(lián)網(wǎng)平臺供應商、8家芯片廠家、15家模塊廠家、30家軟件和設計服務商等伙伴。其中，芯片供應商包括德州儀器(TI)、意法半導體(ST)、芯科(Silic

12、on Labs)、安森美(On-Semi)、恩智浦(NXP)、Ethertronics、Microchip與云創(chuàng)通訊(M2Comm)等。Sigfox工作在868MHz和902MHz的ISM頻段，消耗很窄的帶寬或功耗，且Sigfox的傳輸速率最低，僅為100bits/s，消息最長是12個字節(jié)，一個節(jié)點每天最多傳送消息數(shù)量為140條。在傳送12字節(jié)消息的時候，封包大小僅為26字節(jié)。因此，由于窄帶寬和短消息特點，加之其162dB的鏈路預算，Sigfox在遠距離傳輸上優(yōu)勢也較突出。Sigfox消息上行12字節(jié)，下行8字節(jié)；每天最多發(fā)送140條消息；只需在電腦上就可利用Sigfox Could云平臺連接

13、到物聯(lián)網(wǎng)設備在傳送12字節(jié)消息情況下，Sigfox封包容量僅為26字節(jié)，比其他通信協(xié)議小另外，Sigfox這貨還有個特點，它不需要傳輸信令，終端只要在頻率上使用SigFox Radio Protocol發(fā)射信號，基站會自行接收信息，因而省去了信令負荷，降低了總的傳輸數(shù)據(jù)量，可進一步降低功耗。Sigfox協(xié)議還不需傳輸信令信號，能省下更多流量不過，有優(yōu)點也有缺點。Sigfox速率低、覆蓋廣，但每天上傳數(shù)據(jù)有限，不適合數(shù)據(jù)傳送頻率較高的應用。所以，這里有個形象的比喻，如果消息長度為120字節(jié)的LPWAN技術是小汽車，那么Sigfox就是摩托車。Sigfox的傳輸方式就像是用摩托車來運送小量貨物當然

14、，這樣的好處是，可以增加連接數(shù)量3 LoRa，浩浩蕩蕩的大軍LoRa的名字源于Long Range的縮寫，它的夢想就是長距離，如果一個網(wǎng)關或基站可覆蓋整個整個城市那就再美不過了。在LoRa組網(wǎng)中，所有終端會先連接網(wǎng)關，網(wǎng)關之間通過網(wǎng)絡互連到網(wǎng)絡服務器，在這種架構下，即使2個終端位于不同區(qū)域、連接不同的網(wǎng)關，也能互相傳送數(shù)據(jù)，進一步擴展數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆秶?。LoRa組網(wǎng)結構圖目前大多數(shù)的網(wǎng)絡采用網(wǎng)狀拓樸，然而在這種網(wǎng)絡拓撲下，往往通過節(jié)點作為中繼傳輸，路由迂回，增加了整體網(wǎng)絡的復雜性和耗電量。LoRa獨辟蹊徑，采用星狀拓樸，讓所有節(jié)點直接連接到網(wǎng)關，網(wǎng)關再連接至網(wǎng)絡服務器整合，若需要與其他終端節(jié)點溝通

15、，也是經(jīng)由網(wǎng)關傳輸。如此一來，盡管終端節(jié)點必須指定位置安裝，但網(wǎng)關安裝選點靈活，可以就近有線網(wǎng)絡或有電源的地方選點，不必擔心網(wǎng)關的耗電問題。進而，終端節(jié)點可以將一些耗電較高的工作交給網(wǎng)關來處理，以提高終端的續(xù)航能力。LoRa支持雙向傳輸，傳輸方式分為3種不同的等級：Class A，Class B和Class C。Class A最省電，終端設備平常會關閉數(shù)據(jù)傳輸功能，在終端上傳數(shù)據(jù)后，會短暫執(zhí)行2次接收動作，然后又再次關閉傳輸。這種方式雖然能夠大幅度省電，但是無法及時從網(wǎng)絡服務器遙控或傳送數(shù)據(jù)，會有較長的延遲。Class B耗電量較大，能夠在設定的時間定期開啟下載功能、接收數(shù)據(jù)，這樣能降低傳輸延

16、遲。Class C則會在上傳數(shù)據(jù)以外的時間，持續(xù)開啟下載功能，雖然能夠大幅降低延遲，但也會進一步耗電。由IBM和思科領銜的LoRa大軍同樣聲勢浩大。LoRa聯(lián)盟以17個贊助會員為主，包括了韓國SK Telecom和法國Orange等運營商加入。以SK電信為例，早在2016年就宣布商用第一個國家級的基于LoRa的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡。SK電信端到端的LoRa網(wǎng)絡構架圖LoRa早在2016年就表示，已有17個國家宣布建網(wǎng)計劃，超過120個城市已有運行網(wǎng)絡。LoRa聯(lián)盟會員超過400個，產(chǎn)業(yè)鏈完整，被稱為是除了NB-IoT之外，最吸引電信營運商的LPWAN技術。LoRa盡管傳輸距離不如Sigfox，也能保證幾

17、公里范圍覆蓋，且頻帶較寬，建設成本和難度不高，尤其適用于工業(yè)區(qū)內(nèi)收集各種溫度、水、氣體和生產(chǎn)數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)。當然，如果與NB-IoT或LTE-M這樣的成熟大網(wǎng)結合，大范圍地將分布于各地的工業(yè)區(qū)連接起來，并傳送的云端進行數(shù)據(jù)分析，意義非同凡響。4 RPMA，LPWAN界的一匹黑馬RPMA來得有點特別，其他LPWAN多采用1GHz以下頻段，由美國Ingenu主導的PRMA采用的2.4GHz頻段，這一技術被一些人稱為LPWAN界的一匹黑馬。RPMA覆蓋能力強，據(jù)說覆蓋整個美國僅需要619個基站，而LoRa覆蓋全美則需要10830個基站。RPMA的容量也夠大，以美國為例，如果設備每小時傳送100字節(jié)的

18、信息，采用RPMA技術可接入249232個設備，而采用LoRa技術和Sigfox技術則分別只能接入2673個設備和9706個設備。為迅速占領低LPWAN市場，Ingenu表示，該公司已經(jīng)在全球超過45個國家和地區(qū)部署了2.4GHz的RPMA，據(jù)說2016年底在美國30個城市建立600個基站塔，覆蓋七成的美國國土。Ingenu也在積極與芯片、模塊和系統(tǒng)供應商建立伙伴關系，擴大生態(tài)系統(tǒng)，推進市場應用。5 Weightless，看似很平靜Weightless有三個不同的架構：Weightless-N、Weightless-P和Weightless-W。Weightless-N單向通信，是低成本的版本；Weightless-P是雙向通信；如果當?shù)豑V空白頻段可用，可選擇Weightless-W。Weightless與歐洲電信標準化協(xié)會(European Telecommunications Standards Institute, ETSI)達成合作協(xié)議，該技術未來可能會仿效Wi-Fi，建立統(tǒng)一的標準和認證體系，將技術和產(chǎn)品標準化、產(chǎn)業(yè)化。根據(jù)Weightless SIG的目標