物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，信息技術(shù)發(fā)展到今天，從當(dāng)初人與人的通信需求已經(jīng)轉(zhuǎn)向人與物以及物與物之間的互聯(lián)互通，最終實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和通訊技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)重要組成部分，而通訊技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)各單位之間進(jìn)行信息傳輸和物流的物質(zhì)基礎(chǔ)，今天我就來(lái)討論下LORA通訊技術(shù)和NB-IOT通訊技術(shù)。

LORA通訊技術(shù)

LORA是LPWAN通信技術(shù)中的一種，是美國(guó)Semtech公司采用和推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸方案，為用戶(hù)提供了一種簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)電池壽命、大容量的系統(tǒng)，進(jìn)而擴(kuò)展傳感網(wǎng)絡(luò)，目前，LORA主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行，包括314、868、915MHz等。

LORA通信協(xié)議

基于LORA技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議主要是LORAWAN，定義了網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)，LORAWAN的通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是星狀網(wǎng)架構(gòu)，主要分為三種：

1. 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，A點(diǎn)發(fā)起，B點(diǎn)接收

2. 星狀網(wǎng)輪詢(xún)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的方式，一個(gè)中心點(diǎn)和N個(gè)節(jié)點(diǎn)，由節(jié)點(diǎn)出發(fā)，中心點(diǎn)接收然后確認(rèn)接收完成，下一個(gè)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)上傳，直到N個(gè)節(jié)點(diǎn)完成。

3. 星狀網(wǎng)并發(fā)，也是一個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，不同的是多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)與中心點(diǎn)通訊，這就節(jié)約了節(jié)點(diǎn)的功耗，避免了個(gè)別節(jié)點(diǎn)的故障而引起網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性得到了提高。

LORA的頻段

LORA使用的是免授權(quán)ISM頻段，但各國(guó)或地區(qū)的ISM頻段使用情況是不同的。在中國(guó)市場(chǎng)，由中興主導(dǎo)的中國(guó)LORA應(yīng)用聯(lián)盟（CLAA）推薦使用了470-518MHz。而無(wú)線電計(jì)量?jī)x表使用頻段為470-510MHz。由于LORA是工作在免授權(quán)頻段的，無(wú)需申請(qǐng)即可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)營(yíng)成本也低。LORA聯(lián)盟正在全球大力推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化的Lo-RaWAN協(xié)議，使得符合LoRaWAN規(guī)范的設(shè)備可以互聯(lián)互通。

LORA的應(yīng)用

LORA無(wú)線技術(shù)使用全球免費(fèi)頻段，基站或網(wǎng)關(guān)有很強(qiáng)的的穿透能力，在郊區(qū)連接傳感器的距離可以達(dá)到15~30KM，LORA使用異步協(xié)議，節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)完成具體的任務(wù)而進(jìn)行長(zhǎng)短不一的休眠，輔以較低的數(shù)據(jù)速率，使得電池的壽命可到3~10年，覆蓋范圍廣、使用時(shí)間長(zhǎng)，而且LORA的節(jié)點(diǎn)可以達(dá)到百萬(wàn)級(jí)，這些顯著的特征使得LORA技術(shù)可以應(yīng)用在要求低功耗、遠(yuǎn)距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，如智能交通，準(zhǔn)確的提供車(chē)速、車(chē)距、車(chē)流量等交通數(shù)據(jù)；智能停車(chē)，通過(guò)對(duì)車(chē)位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)信息透明，從而實(shí)現(xiàn)收費(fèi)準(zhǔn)確和減少人工費(fèi)的目的；智慧橋梁，通過(guò)及時(shí)評(píng)估橋梁狀態(tài)，可減少事故發(fā)生概率；城市智能井蓋，通過(guò)監(jiān)測(cè)井蓋位置，實(shí)現(xiàn)較少車(chē)輛事故、人員傷亡；智能農(nóng)業(yè)，通過(guò)對(duì)溫度、濕度、風(fēng)速等監(jiān)測(cè)。把握生產(chǎn)狀況，提高產(chǎn)量；除此之外還可以在智能醫(yī)療、智能海洋、智能追蹤等方面。

NB-IOT通訊技術(shù)

NB-IOT是可與蜂窩網(wǎng)融合演進(jìn)的低成本電信級(jí)高可靠性、高安全性廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，NB-IOT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)之上，消耗低下，只消耗約180KHz頻段，可以直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)和LTE網(wǎng)絡(luò)。

NB-IOT的優(yōu)勢(shì)

1. 海量連接的能力，在同一基站的情況下，NB-IOT可以比現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)提供50~100倍的接入數(shù)。一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬(wàn)個(gè)連接，設(shè)備成本低，設(shè)備功耗低，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)得到優(yōu)化。

2. 覆蓋廣，在同樣的頻段下，NB-IOT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益提升了20db，相當(dāng)于提升了100倍的覆蓋面積

3. 低功耗，NB-IOT借助PSM和eDRX可實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)待機(jī)，它的終端模塊待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10之久

4. 成本低，NB-IOT和LORA不同，不需要重新建網(wǎng)，射頻和天線都是可以重復(fù)利用的，企業(yè)預(yù)期的模塊價(jià)格也不會(huì)超過(guò)5美元。

NB-IOT的關(guān)鍵技術(shù)

1. NB-IOT的部署方式

NB-IOT占用180KHz的帶寬，在考慮兩邊的保護(hù)帶，共計(jì)200KHz，支持三種部署場(chǎng)景，分別是獨(dú)立部署，GSM的通信帶寬是200KHz，正好給NB-IOT帶寬騰出了空間，兩邊還有10KHz的保護(hù)間隔，還與LTE中的頻帶不重疊，因此適用于GSM頻段的重耕。

2. NB-IOT物理層特征

NB-IOT的物理信道很大程度上是基于LTE的，NB-IOT的下行采用正交頻多分址技術(shù)，載波帶寬是180KHz，這確保了下行與LTE的相容性。對(duì)于下行鏈路，NB-IOT設(shè)計(jì)了三種物理信道，包括窄帶物理廣播信道、窄帶參考信道、主同步信號(hào)和輔同步信道。通過(guò)縮短下行物理信道類(lèi)型，既滿足了下行傳輸帶寬的特點(diǎn)也增強(qiáng)了覆蓋面積的要求。

NB-IOT通信距離

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)覆蓋范圍取決于基站密度和鏈路預(yù)算。NB-IoT具有164dB的鏈路預(yù)算，GPRS的鏈路預(yù)算有144dB，LTE是142.7dB。與GPRS和LTE相比，NB-IoT鏈路預(yù)算有20dB的提升，開(kāi)闊環(huán)境信號(hào)覆蓋范圍可以增加七倍。20dB相當(dāng)于信號(hào)穿透建筑外壁發(fā)生的損失，NB-IoT室內(nèi)環(huán)境的信號(hào)覆蓋相對(duì)要好。一般地，NB-IoT的通信距離是15km。

NB-IoT、LORA成本對(duì)比

LPWAN協(xié)議無(wú)論多強(qiáng)大都需要考慮其低成本，否則它們就不算可行的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。LORA在這方面有優(yōu)勢(shì)。LoRaWAN模塊的總體成本在8-10美元左右，約為NB-IoT等蜂窩LTE模塊價(jià)格的一半。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性越高，知識(shí)產(chǎn)權(quán)相關(guān)（授權(quán)頻段方面）費(fèi)用更高，提高了NB-IoT的總成本。NB-IoT升級(jí)到先進(jìn)的4G/ LTE基站比LORA通過(guò)工業(yè)網(wǎng)關(guān)或塔頂網(wǎng)關(guān)部署更昂貴。隨著市場(chǎng)越來(lái)越成熟，LORA技術(shù)的成本預(yù)計(jì)將進(jìn)一步下降。

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