一、引言

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要考慮許多因素，例如節(jié)點成本，網(wǎng)絡(luò)成本，電池壽命，數(shù)據(jù)傳輸速率(吞吐率)，延遲，移動性，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以及部署類型等。可以說沒有一種技術(shù)可以滿足IoT所有的需求。NB-IoT和LoRa兩種技術(shù)具有不同的技術(shù)和商業(yè)特性，所以在應(yīng)用場景方面會有不同。這里會針對二者的區(qū)別進行闡述，并且對各自適合的應(yīng)用場景進行說明。

二、頻段，服務(wù)質(zhì)量和成本

LoRa工作在1GHz以下的非授權(quán)頻段，故在應(yīng)用時不需要額外付費。NB-IoT和蜂窩通信使用1GHz以下的授權(quán)頻段。處于500MHz和1GHz之間的頻段對于遠(yuǎn)距離通信是最優(yōu)的選擇，因為天線的實際尺寸和效率是具有相當(dāng)優(yōu)勢的。

LoRaWAN使用免費的非授權(quán)頻段，并且是異步通信協(xié)議，對于電池供電和低成本是最佳的選擇。LoRa 和 LoRaWAN 協(xié)議，在處理干擾、網(wǎng)絡(luò)重疊、可伸縮性等方面具有獨特的特性，但卻不能提供像蜂窩協(xié)議一樣的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。據(jù)悉授權(quán)的Sub-GHz頻段的競拍，每MHz價格超過5億美金。蜂窩網(wǎng)絡(luò)和NB-IoT出于對服務(wù)質(zhì)量(QoS)的考慮，并不能提供類似LoRa一樣的電池壽命。由于QoS和高昂的頻段使用費，需要確保QoS的應(yīng)用場景推薦使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)和NB-IoT，而低成本和大量連接是首選項的話LoRa是不錯的選擇，如下圖。

三、電池壽命和下行延遲

蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的理念是最優(yōu)的頻段利用率，相應(yīng)的就犧牲了節(jié)點成本和電池壽命。相反，LoRaWAN節(jié)點是為了低成本和長電池壽命而生，在頻段利用率方面有一定的欠缺。

關(guān)于電池壽命方面有兩個重要的因素需要考慮，節(jié)點的電流消耗(峰值電流和平均電流)以及協(xié)議內(nèi)容。LoRaWAN是一種異步的基于ALOHA的協(xié)議，也就是說節(jié)點可以根據(jù)具體應(yīng)用場景需求進行或長或短的睡眠，而蜂窩等同步協(xié)議的節(jié)點必須定期地聯(lián)網(wǎng)。例如，現(xiàn)在市面上的手機工作時每1.5s必須與網(wǎng)絡(luò)進行同步。在NB-IoT中，這種同步變少但是仍然在定期進行，這樣就額外的消耗了電池的電量。

在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中調(diào)制是充分利用頻段的有效手段，但是從節(jié)點的角度這并不是有效的。蜂窩的調(diào)制(OFDM或者FDMA)需要一個線性的發(fā)射器來產(chǎn)生調(diào)制信號，而一個線性的發(fā)射器需要的峰值電流比非線性調(diào)制多幾個數(shù)量級，越高的峰值電流會消耗電池更多的電量。

但同步的通信協(xié)議在較短的下行延遲方面具有優(yōu)勢，同時NB-IoT可以為需要大量數(shù)據(jù)吞吐量的應(yīng)用提供快速的數(shù)據(jù)傳輸速率。而LoRaWAN的Class B 通過定期地(編程實現(xiàn))喚醒終端以收取下行消息而縮短了下行通信的延遲。

所以對于需要頻繁通信、較短的延遲或者較大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用來說NB-IoT或許是更好的選擇，而對于需要較低的成本、較高的電池壽命和通信并不頻繁的場景來說LoRa更好。

四、網(wǎng)絡(luò)覆蓋和部署時間表

節(jié)點工作的本質(zhì)需求是網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，對于NB-IoT來說一個明顯的優(yōu)勢是可以通過升級現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施來提供網(wǎng)絡(luò)部署，但是這種升級僅限于某些特定的4G/LTE基站，并且花費較高。并且這種升級僅適于已經(jīng)具有4G/LTE覆蓋的城區(qū)，對于偏遠(yuǎn)或者郊區(qū)等沒有4G覆蓋的來說并不合適。NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)在16年6月公布，預(yù)計模塊將于17年上半年量產(chǎn)發(fā)布。除網(wǎng)絡(luò)部署之外，相應(yīng)的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)鏈的建立還需要更長的時間和努力去探索，但是市場需求和機會是否會等待呢?

LoRa的整個產(chǎn)業(yè)鏈相對已經(jīng)較為成熟了，產(chǎn)品也處于“蓄勢待發(fā)”的狀態(tài)，同時全球很多國家正在進行或者已經(jīng)完成了全國性的網(wǎng)絡(luò)部署。LoRa產(chǎn)業(yè)鏈一個突出優(yōu)點是每個環(huán)節(jié)的成員都掌握著自主性，一些大公司正在計劃創(chuàng)造一種混合型的商業(yè)模型來部署網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用。但NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈會受到頻段、運營商等限制。

五、設(shè)備成本,網(wǎng)絡(luò)成本和混合模型

對終端節(jié)點來說，LoRaWAN協(xié)議比NB-IoT更簡單，更容易開發(fā)并且對于微處理器的適用和兼容性更好。NB-IoT的調(diào)制機制和協(xié)議比較復(fù)雜，這就需要更復(fù)雜的電路和更多的花費，同時NB-IoT和3GPP一樣是要收稅的。現(xiàn)階段對于一部手機的稅費大概是5美元，但這對于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來說顯得太昂貴了，而且如果貿(mào)然的降低稅費會引起手機等移動通信市場的價格混亂。所以3GPP組織如何權(quán)衡IoT和移動通信兩方面稅費問題也個大問題。

低成本、技術(shù)相對成熟的LoRa模塊已經(jīng)可以在市場上找到了，并且升級版還會接踵而至。LoRa聯(lián)盟沒有過多版權(quán)和稅費的限制使得在LoRa產(chǎn)業(yè)鏈下模塊低于4美元是十分可觀的?，F(xiàn)在市場上的LoRa模塊價格一般在7-10美元，但是隨著技術(shù)的成熟度提高4-5美元并不是大問題。而現(xiàn)在一個LTE模塊的價格卻很難低于20美元。

相對于傳統(tǒng)的只依靠“鐵塔”部網(wǎng)，對于IoT和LPWAN來說部署需要使用不同模型以降低支出和運營成本。LoRaWAN部署花費更少，因為可以利用傳統(tǒng)的信號塔、工業(yè)基站甚至是便攜式家庭網(wǎng)關(guān)來進行?，F(xiàn)階段一個塔式的基站價格大概是1000美元，工業(yè)基站價格低于500美元，而家庭式的網(wǎng)關(guān)只需要100美元左右。但是對于NB-IoT來說，升級現(xiàn)有的4G LTE基站的價格保守估計每個不少于15000美元。

六、應(yīng)用舉例

如之前提到的，沒有一種技術(shù)可以同時滿足IoT應(yīng)用的所有需求。下面將通過幾個具體的應(yīng)用實例來分析NB-IoT 和LoRa 各自適合的應(yīng)用場景。

A：智能電表

在智能電表領(lǐng)域相關(guān)的公司和部門需要高速率的數(shù)據(jù)傳輸、頻繁的通信和低延遲。由于電表是由電源供電的，所以并沒有超低功耗和長電池使用壽命的需求。并且還需要對線網(wǎng)進行實時監(jiān)控以便發(fā)現(xiàn)隱患時及時處理。LoRaWAN的ClassC可以實現(xiàn)低延遲，但是對于高傳輸速率和頻繁通信的需求NB-IoT是更適合于智能電表的選擇。并且電表一般安裝在人口密集的地區(qū)的固定位置，所以對于運營商部網(wǎng)也較為容易。

B：智慧農(nóng)業(yè)

對農(nóng)業(yè)來說，低功耗低成本的傳感器是迫切需要的。溫濕度、二氧化碳、鹽堿度等傳感器的應(yīng)用對于農(nóng)業(yè)提高產(chǎn)量、減少水資源的消耗等有重要的意義，這些傳感器需要定期地上傳數(shù)據(jù)。LoRa十分適用于這樣的場景。而且很多偏遠(yuǎn)的農(nóng)場或者耕地并沒有覆蓋蜂窩網(wǎng)絡(luò)，更不用說4G/LTE了，所以NB-IoT并不如LoRa一樣適合于智慧農(nóng)業(yè)。

C：自動化制造

工廠機器的運行需要實時的監(jiān)控，不僅可以保證生產(chǎn)效率而且通過遠(yuǎn)程監(jiān)控可以提高人工效率。在工廠的自動化制造和生產(chǎn)中，有許多不同類型的傳感器和設(shè)備。一些場景需要頻繁的通信并且確保良好的服務(wù)質(zhì)量(QoS)，這時NB-IoT是較為合適的選擇。而一些場景需要低成本的傳感器配以低功耗和長壽命的電池來追蹤設(shè)備、監(jiān)控狀態(tài)，這時LoRa便是合理的選擇。所以對于自動化生產(chǎn)制造的多樣性來說，NB-IoT 和LoRa都有用武之地。

D：智能建筑

對于建筑的改造，加入溫濕度、安全、有害氣體、水流監(jiān)測等傳感器并且定時的將監(jiān)測的信息上傳，方便了管理者的監(jiān)管同時更方便了用戶。通常來說這些傳感器的通信不需要特別頻繁或者保證特別好的服務(wù)質(zhì)量，同時便攜式的家庭式網(wǎng)關(guān)便可以滿足需要。所以該場景LoRa是比較合適的選擇。

E：零售終端(POS)

零售終端(POS)系統(tǒng)往往需要較頻繁和高質(zhì)量的通信，而且這些設(shè)備通常有專門供電的設(shè)備，所以對于較長的電池使用壽命沒有要求。同時對于通信的時效性和低延遲要求較高。所以出于以上考慮NB-IoT比較適合于本應(yīng)用。

F：物流追蹤

追蹤或者定位市場的一個重要的需求就是終端的電池使用壽命。物流追蹤可以作為混合型部署的實際案例。物流企業(yè)可以根據(jù)定位的需要在需要場所部網(wǎng)，可以是倉庫或者運輸車輛上，這時便攜式的基站便派上了用場。LoRa可以提供這樣的部署方案，而對于NB-IoT來說追蹤范圍過大基站的鋪設(shè)是很大的問題。同時LoRa有一個特點，在高速移動時通信相對于NB-IoT更穩(wěn)定。出于以上的考慮，LoRa更適合于物流追蹤。

7、總結(jié)

IoT領(lǐng)域并沒有一個沒有爭議的選擇，每一個應(yīng)用場景都有自己獨特的需求和考慮。本文闡述了NB-IoT和LoRa二者各自的特點和商業(yè)模式，相信二者在IoT市場上都將有一席之地。