关于窄带物联网NB-IoT前沿技术

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1、. 深度解析LoRa与NB-IoT的区别一、引言物联网应用需要考虑许多因素，例如节点成本，网络成本，电池寿命，数据传输速率(吞吐率)，延迟，移动性，网络覆盖围以与部署类型等。可以说没有一种技术可以满足IoT所有的需求。NB-IoT和LoRa两种技术具有不同的技术和商业特性，所以在应用场景方面会有不同。这里会针对二者的区别进行阐述，并且对各自适合的应用场景进行说明。二、频段，服务质量和成本LoRa工作在1GHz以下的非授权频段，故在应用时不需要额外付费。NB-IoT和蜂窝通信使用1GHz以下的授权频段。处于500MHz和1GHz之间的频段对于远距离通信是最优的选择，因为天线的实际尺寸和效率是具有

2、相当优势的。LoRaWAN使用免费的非授权频段，并且是异步通信协议，对于电池供电和低成本是最正确的选择。LoRa 和 LoRaWAN 协议，在处理干扰、网络重叠、可伸缩性等方面具有独特的特性，但却不能提供像蜂窝协议一样的服务质量(QoS)。据悉授权的Sub-GHz频段的竞拍，每MHz价格超过5亿美金。蜂窝网络和NB-IoT出于对服务质量(QoS)的考虑，并不能提供类似LoRa一样的电池寿命。由于QoS和高昂的频段使用费，需要确保QoS的应用场景推荐使用蜂窝网络和NB-IoT，而低成本和大量连接是首选项的话LoRa是不错的选择，如以下图。三、电池寿命和下行延迟蜂窝网络设计的理念是最优的频段利用率

3、，相应的就牺牲了节点成本和电池寿命。相反，LoRaWAN节点是为了低成本和长电池寿命而生，在频段利用率方面有一定的欠缺。关于电池寿命方面有两个重要的因素需要考虑，节点的电流消耗(峰值电流和平均电流)以与协议容。LoRaWAN是一种异步的基于ALOHA的协议，也就是说节点可以根据具体应用场景需求进行或长或短的睡眠，而蜂窝等同步协议的节点必须定期地联网。例如，现在市面上的手机工作时每1.5s必须与网络进行同步。在NB-IoT中，这种同步变少但是仍然在定期进行，这样就额外的消耗了电池的电量。在蜂窝网络中调制是充分利用频段的有效手段，但是从节点的角度这并不是有效的。蜂窝的调制(OFDM或者FDMA)需

4、要一个线性的发射器来产生调制信号，而一个线性的发射器需要的峰值电流比非线性调制多几个数量级，越高的峰值电流会消耗电池更多的电量。但同步的通信协议在较短的下行延迟方面具有优势，同时NB-IoT可以为需要大量数据吞吐量的应用提供快速的数据传输速率。而LoRaWAN的Class B 通过定期地(编程实现)唤醒终端以收取下行消息而缩短了下行通信的延迟。所以对于需要频繁通信、较短的延迟或者较大数据量的应用来说NB-IoT或许是更好的选择，而对于需要较低的成本、较高的电池寿命和通信并不频繁的场景来说LoRa更好。四、网络覆盖和部署时间表节点工作的本质需网络的覆盖，对于NB-IoT来说一个明显的优势是可以通

5、过升级现有的网络设施来提供网络部署，但是这种升级仅限于某些特定的4G/LTE基站，并且花费较高。并且这种升级仅适于已经具有4G/LTE覆盖的城区，对于偏远或者郊区等没有4G覆盖的来说并不适宜。NB-IoT标准在16年6月公布，预计模块将于17年上半年量产发布。除网络部署之外，相应的商业化和产业链的建立还需要更长的时间和努力去探索，但是市场需求和机会是否会等待呢?LoRa的整个产业链相对已经较为成熟了，产品也处于“蓄势待发”的状态，同时全球很多国家正在进行或者已经完成了全国性的网络部署。LoRa产业链一个突出优点是每个环节的成员都掌握着自主性，一些大公司正在计划创造一种混合型的商业模型来部署网络

6、和应用。但NB-IoT产业链会受到频段、运营商等限制。五、设备成本,网络成本和混合模型对终端节点来说，LoRaWAN协议比NB-IoT更简单，更容易开发并且对于微处理器的适用和兼容性更好。NB-IoT的调制机制和协议比较复杂，这就需要更复杂的电路和更多的花费，同时NB-IoT和3GPP一样是要收税的。现阶段对于一部手机的税费大概是5美元，但这对于物联网设备来说显得太昂贵了，而且如果贸然的降低税费会引起手机等移动通信市场的价格混乱。所以3GPP组织如何权衡IoT和移动通信两方面税费问题也个大问题。低成本、技术相对成熟的LoRa模块已经可以在市场上找到了，并且升级版还会接踵而至。LoRa联盟没有过

7、多和税费的限制使得在LoRa产业链下模块低于4美元是十分可观的。现在市场上的LoRa模块价格一般在7-10美元，但是随着技术的成熟度提高4-5美元并不是大问题。而现在一个LTE模块的价格却很难低于20美元。相对于传统的只依靠“铁塔”部网，对于IoT和LPWAN来说部署需要使用不同模型以降低支出和运营成本。LoRaWAN部署花费更少，因为可以利用传统的信号塔、工业基站甚至是便携式家庭网关来进行。现阶段一个塔式的基站价格大概是1000美元，工业基站价格低于500美元，而家庭式的网关只需要100美元左右。但是对于NB-IoT来说，升级现有的4G LTE基站的价格保守估计每个不少于15000美元。六、

8、应用举例如之前提到的，没有一种技术可以同时满足IoT应用的所有需求。下面将通过几个具体的应用实例来分析NB-IoT 和LoRa 各自适合的应用场景。A：智能电表在智能电表领域相关的公司和部门需要高速率的数据传输、频繁的通信和低延迟。由于电表是由电源供电的，所以并没有超低功耗和长电池使用寿命的需求。并且还需要对线网进行实时监控以便发现隐患时与时处理。LoRaWAN的ClassC可以实现低延迟，但是对于高传输速率和频繁通信的需求NB-IoT是更适合于智能电表的选择。并且电表一般安装在人口密集的地区的固定位置，所以对于运营商部网也较为容易。B：智慧农业对农业来说，低功耗低成本的传感器是迫切需要的。温

9、湿度、二氧化碳、盐碱度等传感器的应用对于农业提高产量、减少水资源的消耗等有重要的意义，这些传感器需要定期地上传数据。LoRa十分适用于这样的场景。而且很多偏远的农场或者耕地并没有覆盖蜂窝网络，更不用说4G/LTE了，所以NB-IoT并不如LoRa一样适合于智慧农业。C：自动化制造工厂机器的运行需要实时的监控，不仅可以保证生产效率而且通过远程监控可以提高人工效率。在工厂的自动化制造和生产中，有许多不同类型的传感器和设备。一些场景需要频繁的通信并且确保良好的服务质量(QoS)，这时NB-IoT是较为适宜的选择。而一些场景需要低成本的传感器配以低功耗和长寿命的电池来追踪设备、监控状态，这时LoRa便

10、是合理的选择。所以对于自动化生产制造的多样性来说，NB-IoT 和LoRa都有用武之地。D：智能建筑对于建筑的改造，加入温湿度、安全、有害气体、水流监测等传感器并且定时的将监测的信息上传，方便了管理者的监管同时更方便了用户。通常来说这些传感器的通信不需要特别频繁或者保证特别好的服务质量，同时便携式的家庭式网关便可以满足需要。所以该场景LoRa是比较适宜的选择。E：零售终端(POS)零售终端(POS)系统往往需要较频繁和高质量的通信，而且这些设备通常有专门供电的设备，所以对于较长的电池使用寿命没有要求。同时对于通信的时效性和低延迟要求较高。所以出于以上考虑NB-IoT比较适合于本应用。F：物流追

11、踪追踪或者定位市场的一个重要的需求就是终端的电池使用寿命。物流追踪可以作为混合型部署的实际案例。物流企业可以根据定位的需要在需要场所部网，可以是仓库或者运输车辆上，这时便携式的基站便派上了用场。LoRa可以提供这样的部署方案，而对于NB-IoT来说追踪围过大基站的铺设是很大的问题。同时LoRa有一个特点，在高速移动时通信相对于NB-IoT更稳定。出于以上的考虑，LoRa更适合于物流追踪。7、总结IoT领域并没有一个没有争议的选择，每一个应用场景都有自己独特的需求和考虑。本文阐述了NB-IoT和LoRa二者各自的特点和商业模式，相信二者在IoT市场上都将有一席之地。想快速全面了解LoRa？看这篇

12、就够了！物联网的快速发展对无线通信技术提出了更高的要求，专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的LPWAN(low-power Wide-Area Network，低功耗广域网)也快速兴起。NB-IoT与LoRa是其中的典型代表，也是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。这两种LPWAN技术都有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点，都适合低功耗物联网应用，都在积极扩建自己的生态系统。可是，这两者之间到底有什么区别和不同?有什么重叠或不同的应用围?两者之间是你死我活的互相替代关系还是你有我无的互补关系?这也是笔者试图弄清楚的问题，接下来我们将会陆续推出广域物联网通信技术

13、专题文章，介绍LoRa和NB-IoT和两种技术、各自生态以与对两者进行对比。LoRa：易于建设和部署的低功耗广域物联技术LoRa的诞生比NB-IoT要早些，2013年8月，Semtech公司向业界发布了一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术(Long Range，简称LoRa)的芯片。其承受灵敏度达到了惊人的-148dbm，与业界其他先进水平的sub-GHz芯片相比，最高的接收灵敏度改善了20db以上，这确保了网络连接可靠性。它使用线性调频扩频调制技术，即保持了像FSK(频移键控)调制相同的低功耗特性，又明显地增加了通信距离，同时提高了网络效率并消除了干扰，即不同扩频序列的终端即

14、使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰，因此在此基础上研发的集中器/网关(Concentrator/Gateway)能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系统容量。图1：LoRa技术特点线性扩频已在军事和空间通信领域使用了数十年，因为其可以实现长通信距离和干扰的鲁棒性，而LoRa是第一个用于商业用途的低成本实现。随着LoRa的引入，嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。这一技术改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量、低成本的通讯系统。LoRa主要在全球免费频段运行(即非授权频段)，包括433、868、915 MHz等。LoRa网络主

15、要由终端(置LoRa模块)、网关(或称基站)、服务器和云四部分组成，应用数据可双向传输。如图2所示。图2：LoRa网络架构LoRa的优势主要表达在以下几个方面：1、大大的改善了接收的灵敏度，降低了功耗高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里(与环境有关)。其接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，这大大延迟了电池的使用寿命。2、基于该技术的网关/集中器支持多信道多数据速率的并行处理，系统容量大。如图2所示，网关是节点与IP网络之间的桥梁(通过2G/3G/4G或者Ethernet)。每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信(假设每次发送10Bytes，网络占用率10%)。如果把网关

16、安装在现有移动通信基站的位置，发射功率20dBm(100mW)，那么在建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖围可达10公里。3、基于终端和集中器/网关的系统可以支持测距和定位。LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication)，而定位则基于多点(网关)对一点(节点)的空中传输时间差的测量。其定位精度可达5m(假设10km的围)。这些关键特征使得 LoRa技术非常适用于要求功耗低、距离远、大量连接以与定位跟踪等的物联网应用，如智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、

17、智慧城市、智慧社区等等应用和领域。应用：国外如火如荼，国略显冷清一种通讯技术要实现大规模商业化，除技术本身要有特定的优势外，还需要背后阵营强力支持，其中产业联盟就是一股强大的推动力量，LoRa也不例外。2015年3月LoRa联盟宣布成立，这是一个开放的、非盈利性组织，其目的在于将LoRa推向全球，实现LoRa技术的商用。该联盟由Semtech牵头，发起成员还有法国Actility，中国AUGTEK和荷兰皇家电信KPN等企业，到目前为止，联盟成员数量达330多家，其中不乏IBM、思科、法国Orange等重量级厂商。LoRa的产业链中(包括终端硬件产商、芯片产商、模块网关产商、软件厂商、系统集成商

18、、网络运营商)的每一环均有大量的企业，构成了LoRa的完整生态系统，促使了LoRa的快速发展与生态繁盛。图3：LoRa产业链中的厂家目前LoRa网络已经在世界多地进行试点或部署。据LoRa联盟年初的数据是有9个国家开始建网，56个国家开始进行试点;截至目前最新公布的数据，已经有17个国家公开宣布建网计划，120多个城市地区有正在运行的LoRa网络，如美国、法国、德国、澳大利亚、印度等等国家，荷兰、瑞士、国等更是部署或计划部署覆盖全国的LoRa网络。图4：法国电信运营商Bouygues部署连接百万设备量的LoRa网络LoRa技术在国外发展如火如荼。不过就国来看，LoRa的应用似乎并不多，目前可看

19、到的公开应用是国AUGTEK公司在京杭大运河开展的LoRa网络建设，据悉目前已经完成段的全线覆盖。其实国从事LoRa模块和方案开发的厂商并不少，除AUGTEK，还有洲斯物联、思创汇连、普天通达、八月科技、NPLink、门思科技、利尔达、通感微电子、雍敏、拓宝、博大光通、纵行科技、唯传科技、三凡信息等等众多公司。LoRa易于建设和部署，得到越来越多国公司的关注和跟进。例如通感微电子成立了专门的项目组从事LoRa模块、网关和整体方案的开发。据该公司副总经理文上介绍，通感微做了不少相关LoRa的项目，例如可实时显示停车位分布状况的停车场监控系统(图5)、实现无线土壤检测的智能农业系统(图6)、防止盗

20、猎的南非Kruger国家公园犀牛保护项目(图7)等。这些项目的部署时间都非常快，例如上述的停车监控系统，覆盖面积10km*10km，部署了6个LoRa网关，支持终端规模3000个，部署时间仅需两周。不过这些项目都是为国外而开发的，文上表示他们今年才在国开展一些项目。图5：成功案例-停车场监控图6：成功案例-智能农业图7：成功案例-犀牛保护项目疑问：后起之秀NB-IoT将导致LoRa消亡?随着今年6月份NB-IoT的标准冻结，近来备受瞩目的NB-IoT的规模化商用的基础终于落实。普遍认为2017年将是NB-IoT网络商用的元年。作为华为和众多运营商力推的低功耗广域网技术，NB-IoT一经推出就受

21、到了业的广泛关注，LoRa和NB-IoT之争的话题不曾间断。Nb-iot联盟成员之一的沃达丰，其某位高管甚至公开表示了“NB-IoT将导致LoRa消亡”的观点。面对这样一个有强劲后台的后起之秀，LoRa真的会被其取代吗?文上认为，从技术上看，两者之间其实并没有太大的优劣式之分，从应用围上来看，两者其实很多都是一样的。区别在于，NB-IOT采用的是运营商统一部署覆盖全国的网络进行收费运营的方式，而LoRa可以让企业搭建属于自己的网络实现业务运营。虽然NB-IoT受到了运营商的强力支持，不过并不代表LoRa就会被轻易取代。“LoRa相对NB-IoT的好处是已经有成熟的商用，而NB-IoT才刚刚开始

22、。LoRa和NB-IoT的应用可能会有很多重叠，不过NB-IoT是由运营商来主导，要用到运营商的网络，因此数据是先上到运营商那里，许多企业或许不愿意把自己的数据给到别人，所以这些企业宁愿部署自己的私有物联网络，这时候用LoRa就很适宜。”文上说道。雍敏信息科技股份董事长敏也有同样的观点，该公司目前也在为第三方开发LoRa方案。他认为，其实LoRa和NB-IoT两个都是目前最有发展前景的远距离通信技术，并且他们在技术上来说并不是说哪个更好，哪个差些，最终谁发展得好，主要看背后的阵营的推动力量以与国家的政策。“两者的应用围其实也没有太大区别，都是智能电表、水表抄表、智能农业等低数据量的采集。说到智

23、能电、水表的抄表，如果采用NB-IoT，需要用到电信运营商的基站，但是水电气的运营商(电力公司、水务公司)不会把数据通过电信运营商绕一圈在收回来，他们完全可以自己搭建网络，因为其中涉与到很多利益分配问题。”敏说道，所以最终哪类技术会更胜一筹或占据大部分应用目前还不好判断。12种无线技术，谁将成为物联网时代的“成王败寇”？物联网，万物互联。在这个时代下，越来越多的物体将被连接到互联网，并最终实现到主控端/云端的连接。这些连接，我们可采用多种通信链路予以实现。然而，设备本身一般通过无线方式连接到物联网系统。这种无线连接是系统中极为重要或最为薄弱的链路。因此，选择一种能够匹配设备与其周边环境的无线技

24、术很重要。本文介绍了最有可能为新设计采用的几种无线候选技术。设备通过无线方式到网关是一种典型的物联网连接场景(图)。网关是通过公用宽带电缆或DSL调制解调器连接互联网的接口，然后再通过互联网服务提供商连接到互联网。在另外一种被称为机到机(M2M)的应用场景中，设备连接会经过一家蜂窝运营商，然后再到另一家运营商，或直接到互联网。图：针对物联网(a)和M2M(b)应用的典型无线连接场景在选择无线技术时必须详细考察许多设计因素： 设备的数据速率：视频流，测量每分钟的温度，或之间的其他参数。 到网关的围或距离：房间几英寸的距离，或农村地区超过1英里的围。 环境：工厂中的危险环境，暴露在天气中的室外环境

25、，来自电子设备的噪声或电磁干扰等。 需要加密或认证：对数据安全性有什么要求? 功耗：电池寿命，能效，可能需要连接交流电。 容量：联网设备的数量。 服务质量和可靠性。 网络拓扑：星形，网状，或其它拓扑。 单工或双工：单向还是双向通信。 适宜和可用的频谱：许可还是免许可。 可用的IC、模块和设备。 成本：设计、制造或互联网接入服务费用。 开发平台：需要操作系统吗?需要哪些其它软件? 互联网接入：蜂窝、数字用户线路(DSL)、电缆、卫星。 可用标准的许可条件。2G/3G蜂窝一般被称为机到机(M2M)的许多使用案例都类似于物联网。多家供应商提供蜂窝模块用于嵌入到其它产品，而大多数主要的蜂窝运营商都在标

26、准许可频谱上提供M2M连接服务。虽然像GSM/GPRS/EDGE等2G技术很流行，但一些运营商已经有计划逐步淘汰2G业务。然而，大多数网络仍然支持诸如WCDMA和CDMA2000等3G技术，其数据速率高达每秒几兆比特。围是指到蜂窝站的距离，可以长达几公里。蜂窝连接显然是一种选择，但它比后文介绍的其它方案更昂贵些。802.15.4802.15.4以短距离、低中数据速率和低功耗用例为目标，是后文提到的几种其它标准的基础。它的主要工作频谱是2.4GHz工业、科学和医疗(ISM)免许可频段，有时候也用到902MHz至928MHz和868MHz频段。802.15.4标准为PHY和MAC网络层提供基于数据

27、包的协议。其它标准都是以此为基础增加更多的层，从而提供增强的网络功能和性能。6LoWPAN地址节点国际互联网工程任务组(IETF)的6LoWPAN是基于低功耗无线个人区域网的互联网协议第6版(IPv6)的简称。这个标准最初的目标是802.15.4，后来也被Bluetooth Smart和低功耗HaLow Wi-Fi所采用。具体来说，6LoWPAN定义了使用封装和头部压缩技术将IPv6数据包适配进其它协议帧的方式。蓝牙也许使用最广泛的短距离无线技术是工作在2.4GHz ISM频段的蓝牙(BT)。几种不同的版本提供多种不同的数据速率、功率电平和围。其基本的工作原理是采用不同调制方法的跳频扩展频谱(

28、FHSS)技术。最新版本的蓝牙是Bluetooth Smart或版本4.1，也称为低功耗蓝牙(BLE)。这个配置使用缩短了的数据包，最大速率是1Mb/s，采用GFSK调制。它的最大好处是优异的低功耗特性。发送功率是10mW，它的距离可达100米。针对不同的用途有多种软件配置文件，而其互操作性认证可有效做到完全兼容。LoRaLoRa(长距离)是由Semtech公司开发的一种技术，典型工作频率在美国是915MHz，在欧洲是868MHz，在亚洲是433MHz。LoRa的物理层(PHY)使用了一种独特形式的带前向纠错(FEC)的调频啁啾扩频技术。这种扩频调制允许多个无线电设备使用相同的频段，只要每台设

29、备采用不同的啁啾和数据速率就可以了。其典型围是2km至5km，最长距离可达15km，具体取决于所处的位置和天线特性。LTE Cat 0/1LTE是长期演进的缩写，是目前第4代蜂窝技术。LTE Cat 0和Cat 1是LTE的功能简化版本，是为了匹配M2M的低功耗低速率要求而专门设计的。M2M应用也被称作机器类通信(MTC)，使用许可频谱中的现有蜂窝网络，而不是短距离的无线和互联网。对大多数基本的监视和控制应用来说，标准的LTE网络太浪费了。LTE Cat 0和Cat 1是简化版本，可以为最大数据速率分别为1Mb/s和10Mb/s的M2M应用提供适宜的解决方案。Cat 0和Cat 1使用现有的L

30、TE带宽和正交频分多址(OFDMA)调制技术。这种长距离解决方案可以支持数公里的围。窄带物联网(NB-IoT)将LTE用于物联网的一个相对较新的变体是窄带物联网。与使用标准LTE的全部10MHz或20MHz带宽不同，窄带物联网使用包含12个15kHz LTE子载波的180kHz宽的资源块。数据速率在100kb/s到1Mb/s围之。这种更加简化的标准可以为联网设备提供很低的功耗。此外，它可以作为一种软件叠加被部署进任何LTE网络。窄带物联网的资源块能够很好地适配进标准LTE信道或保护带。当运营商重新划分它们较早的2G频谱时，它也能适配进标准的GSM信道。调制采用OFDMA下行链路和SC-FDMA

31、上行链路。SIGFOXSIGFOX既是一种无线技术，也是一种网络服务。SIGFOX工作在868MHz和902MHz的ISM频段，但消耗很窄的带宽或功耗。SIGFOX无线电设备采用了一种被称为超窄带(UNB)调制的技术，只是偶尔以低数据速率传送短消息。消息最长是12个字节，一个节点每天可以传送的消息数量最多是140条。由于是窄带宽和短消息，因此除了其162dB的链路预算外，它还可以达到数公里的长传输距离。WeightlessWeightless是以物联网应用为目标的一系列开放无线技术标准。它有三种不同的版本，分别对应LPWAN市场中的不同细分领域。最简单的版本是用于低成本应用的Weightles

32、s-N。这个版本的目标是单工或单向用途，如传感器监视。它工作在不到1Gb的免许可ISM频段。调制采用的是使用跳频技术的差分BPSK，可最大程度地减少干扰。具有完整签权功能的128位AES加密是这种技术的一个关键特性。由于是低数据速率和窄带宽通道，传输距离可达5km。无线技术一览表如果需要更高性能的双向通信，Weightless-P也许是最好的选择。它同时使用了频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)技术，可管理访问多个12.5kHz宽的信道。这种技术使用GMSK和交错QPSK调制，数据速率围可从低速的200b/s一直到100kb/s。典型的最大传输距离约为2km。在安全方面支持AES-128

33、/256加密和签权。第三个版本是Weightless-W，旨在工作在电视的空白频段。空白频段是以前在470MHz至790MHz围被电视台使用的那些6MHz宽信道。它可以达到1kb/s至10Mb/s的数据速率，具体取决于链路预算。在非视距条件下最远传输距离可达5km以上。Wi-FiWi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例，最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。然而，它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。大多数Wi-Fi版本工作在2.4GHz免许可频段，传输距离长达100米，具体取决于应用环境。流行的802.11n速度可达300Mb/s，而更新的、工作在5GHz ISM频段的802.1

34、1ac，速度甚至可以超过1.3Gb/s。一种被称为HaLow的适合物联网应用的新版Wi-Fi即将推出。这个版本的代号是802.11ah，在美国使用902MHz至928MHz的免许可频段，其它国家使用1GHz以下的类似频段。虽然大多数Wi-Fi设备在理想条件下最大只能达到100米的覆盖围，但HaLow在使用适宜天线的情况下可以远达1km。802.11ah的调制技术是OFDM，它在1MHz信道中使用24个子载波，在更大带宽的信道中使用52个子载波。它可以是BPSK、QPSK或QAM，因此可以提供宽围的数据速率。在大多数情况下100kb/s到数Mb/s的速率足够用了真正的目标是低功耗。Wi-Fi联盟

35、透露，它将在2018年前完成802.11ah的测试和认证计划。针对物联网应用的另外一种新的Wi-Fi标准是802.11af。它旨在使用从54MHz到698MHz围的电视空白频段或未使用的电视频道。这些频道很适合长距离和非视距传输。调制技术是采用BPSK、QPSK或QAM的OFDM。每个6MHz信道的最大数据速率大约为24Mb/s，不过在更低的VHF电视频段有望实现更长的距离。WirelessHART这是得到广泛使用的高速可寻址远程传感器(HART)工业网络技术的无线版本，主要用于过程监控、传感器网络、楼宇自动化和交通运输领域。该技术基于流行的IEEE 802.15.4标准，代号是802.15.

36、4e。WirelessHART在基础标准之上增加了一个时间同步网格协议。除了网格拓扑外，它也能采用星形配置。WirelessHART使用TDMA和时隙跳信道(TSCH)技术，最多可访问个节点。ZigBeeZigBee是物联网的理想选择之一。虽然ZigBee一般工作在2.4GHz ISM频段，但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在2.4GHz频段中数据速率是250kb/s。它可以用在点到点、星形和网格配置中，支持多达216个节点。与其它技术一样，安全性是通过AES-128加密来保证的。ZigBee的一个主要优势是有预先开发好的软件应用配置文件供具体应用(包括物联网)使

37、用。最终产品必须得到许可。Z-WaveZ-Wave是一种单一来源的私有无线技术。工作在908.42MHz的ISM频段。它使用高效的GFSK，可实现9600b/s或40kb/s的数据速率;在某些应用中甚至可达100kb/s。典型的功率电平是1mW(0dBm)，最大覆盖围约30米，取决于具体应用环境。Z-Wave可以用于点到点链路或节点数最多232个的星形配置中。在安全性方面，它采用AES-128加密措施。这种技术必须获得许可才能在商用产品中使用。从文中这表，我们可以快速地对文中提到的这12种技术进行比较。同时，物联网市场包罗万象，涉与工业、交通、农业和医疗等各行各业，应用的需求也各不相同。因此，

38、对于物联网这样一个长尾市场，我们可以肯定，任何标准都不会占据主导地位。但是，我们可以针对具体应用很方便地找到一种最恰当的技术来与之对应。老司机解读NB-IoT系列-8NB-IoT低成本之葵花宝典大结局新空口协议栈，阉割芯片运算能力上篇吴老司主要谈到NB对物理层的简化，这里主要从整个协议栈的角度来看NB的简化(吴老司默认你知道物理层是协议栈的一部分，不展开讲)。我们来将传统的LTE和NB的协议栈进行一个对比，从中可以看到NB是如何下定决心进入抠逼模式的(简直是一个都不放过!)：?PHY物理层：信道重新设计，降低基本信道的运算开销。比如PHY层取消了PCFICH、PHICH等信道，上行取消了PUC

39、CH和SRS。这个问题在上一章节已经有所提与，这里不再重复，请各位同学自觉复习NB-IoT低成本之葵花宝典part2.?MAC层：协议栈优化，减少芯片协议栈处理流程的开销。这里重点讲下，因为在吴老司看来，MAC在LTE中起的作用实在是太重要了!举个栗子来说，如果说物理层是房子的根基的话，那么MAC层就是房子的顶梁柱!仅支持单进程HARQ(说明两点：一是NB中仍然有HARQ重传机制，二是相比于LTE原有的最多支持8个进程process，NB仅支持单个进程。什么意思?说明数据传输中，在没有得到NACK/ACK反馈之前终端都必须等着!亲，这就完全颠覆了LTE中多进程同时传输提升传输速率和效率的基本思

40、想);不支持MAC层上行SR、SRS、CQI上报。没了CQI，LTE中那么重要的AMC(自适应调制编码技术)功能岂不基本等于武功全废?不支持非竞争性随机接入功能;功控没有闭环功控了，只有开环功控(这也正常，如果采用闭环功控，算法会麻烦得多，调度信令开销也会很大)。写到这里的时候，作为老司机，我不得不说NB你这个败家子!LTE的家都快让你败完了!?RLC层：不支持RLC UM(这意味着没法支持VoLTE类似的语音)、TM模式(这意味着原来在LTE中走TM的系统消息，在NB中也必须走AM);?PDCP：PDCP的功能被大面积简化，原LTE中赋予的安全模式、RoHC压缩等功能直接被阉割掉。被简化后，

41、NB中PDCP的功能已经弱到不能呼吸，直呼不要不要的了;?在RRC层：没有了mobility管理(这意味啥?意味着NB将不支持切换);新设计CP、UP方案简化RRC信令开销(后续会单独成篇分析);增加了PSM、eDRX等功能减少耗电(请参考小功耗部分讲解)。tips注意吴老司对上图各层协议栈进行说明的时候，所列出各层的顺序，是遵循协议栈结构的，事实上这样的顺序是咱们理解协议栈的一个基本套路，也是咱们在学习任何一个通信协议栈的时候所建议的学习顺序。理解了这点，你也就能猜到后续吴老司在讲解NB的技术细节的时候的出牌套路。不过需要特别提醒各位小同学的是，NB的协议栈是在LTE的协议栈上进行修改得来的

42、，彼此之间还是存在一定的联系，这是因为当前LTE的发展形势一片大好，已经形成了完整的产业链，站在LTE这个巨人的肩膀上，对后续NB成本的降低是大有好处滴。产业链与运营等影响成本的因素关于成本问题，我认为还有另外两个成本因素需要重点考虑，一是运营商的建网成本，另外一个是产业链的成熟度。对于运营商建网成本，与LoRa相比，NB-IoT无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的。以中国移动为例，900MHZ里面有一个比较宽的频带，只需要清出来一部分2G的频段，就可以直接进行NB-IoT的同时部署，甚至是NB和LTE同时部署。不过，根据吴老司NB-IoT低成本之葵花宝典part1中分析，问题没有这么简单

43、。具体建网模式将在后续进行详细分析。对于产业链来说，芯片在NB-IoT整个产业链中处于基础核心地位，现在几乎所有主流的芯片和模组厂商都有明确的NB-IoT支持计划，这将打造一个较好的生态链，对降低成本是大有好处的。比如华为收购公司Neul的芯片实现的比较早，已有测试样片;高通的芯片在2016年四季度阶段发布，而且高通的芯片是NB-IoT和eMTC双模的芯片; Intel的芯片今年四季度会提供第一批的芯片，商用芯片也是在明年年初发布;MTK的芯片也在研发当中，明年上半年会发布;中兴微、大唐的芯片也都在研发当中。NB在物理层下行采用OFDMA，上行采用SC-FDMA，这点与LTE基本保持了一致。另

44、外在帧结构中也有很多是 “就LTE而取材”的。此外，再后续讲解NB的三种工作模式时，你会更清楚地看到NB是如何与LTE共呼吸同命运的。总而言之，NB从LTE而来，继承了很多LTE的实现，且NB比LTE又要简化得多，所以这对后续研发成本、量产成本带来非常多的好处。说这么多，吴老司用通俗点的例子来告诉你真相：简单的理解就是NB为了实现人生巅峰，各种傍大款，各种求带!有木有秒懂?芯片成本进展最后关于成本问题，引用一些“名言警句”(网上的报道)：?沃达丰集团研发主管Luke Ibbetson认为：“如果产业链不能将单模块成本降到两三美元以下，实现大规模应用，NB-IoT市场就做不起来。我们需要从全局角

45、度出发，以极低的成本将物联网模块嵌入设备中”。?华为总裁胡厚崑认为，要想刺激NB-IoT大规模发展，通信模块成本必须低于5美元。如果成本降到1美元以，则会带来爆发式增长。所以，尽管NB-IoT市场前景广阔，但火热背后也存在着价格战。NB-IoT成本极低，大规模应用下成本应降至1美元，目前单个连接模块还停留在5美元。而这种价格差距让企业思考NB-IoT时不得不考虑成本优势问题，虽然运营商正在积极推动，最终要真正实现技术的产品化还有很长的一段路要走。正如伟大领袖毛主席所言：前途是光明的,道路是曲折的。如果真的实现，小伙伴们就可以奔走相告：妈妈再也不同担心我的肾啦!低成本之葵花宝典小结吴老司用了三个

46、篇章的容对NB低成本问题进行了阐述，下面将低成本的三个part容进行下小结。不得不说，NB为了练成绝世神功葵花宝典，对全身上下进行了一次又一次的自宫：协议栈上物理层、MAC等进行了重大简化，降低运算能力;硬件上进入抠逼模式，能省就省;在产业链上尽量傍大款，各种求带。基于云端的IoT集成解决方案基于云端的IoT集成解决方案IoT时代，要实现工业设备中多屏、移动的人机交互，构建工业物联网架构，基本需要这几个主要部分：I. 具备感知的现场设备(传感器或者智能设备)II. 从现场到网关的信号通路i. 现场设备自带总线端口ii. 或者通过控制器中转III. 接入 internet 的网关接口，作为从现场

47、到云服务的数据通道IV. 基于 internet 的云服务器V. 客户端用户界面 UI(User Inerface)我们基本上可以认为这是一项横跨“工业自动化”和“互联网 IT”的系统集成，这其中包含了从工业控制、现场总线、互联网、通讯、数据库、服务器、软件乃至大数据分析等多项复杂技术领域。现状这两年，随着工业4.0和中国制造 2025 的推进，各种工业IoT和远程服务类产品层出不穷、方兴未艾，但如果我们仔细观察就不难发现，目前大部分的工业物联网解决方案仍然是非常基于现有传统自动化系统和架构的。首先，IoT的基础之一，就是最后一个字母所代表的 “Things”，在工业物联网中的“万物”当然就是

48、现场的传感、设备和各类智能部件了，而目前这些工业设备 I/O 组件主要都是由各大自动化产品公司提供的，同时这些产品设备之间的连接更多的是倾向于使用各自的自动化系统总线。也就是说，现在现场设备与“云端”的联结仍然需要先借道现场总线，然后在通向云端时借助网关将设备系统接入互联网。所以，基于这样的现实，现在我们看到的很多“远程”“IoT”解决方案，通常提供的都是一套可以与现有自控系统配套的网关与其背后的云端服务器，实现将设备中现有运行数据传送到云端服务器并进行结构化存储的功能，注意粗体字部分的“现有运行数据”，就是说搭建这样一套“IoT”系统的前提是必须有设备控制系统，并且控制器和总线都得是这个网关

49、“认识”的。另外，就目前看来，很多的“远程”“IoT”产品，基本上解决了从设备现场到云端的数据传输和存储的功能，但对于信息和数据的展示，尤其是在移动端的展示和人机交互，尽管某些厂家的确提供了客户端展示功能，但往往都是基于标准界面的页面展示和基本功能交互，行业深度仍然不够，当然就更谈不上什么大数据分析了。如果要基于应用场景展示数据图表，需要比较深度的客户端开发，而这往往并非这些服务提供商提供的常规服务。所以，对于目前市面上的工业“IoT”产品和服务的认识基本可以这样看： 使用通用的工业设备的 I/O 组件 需基于本地设备控制系统的集中数据采集并预存储 需借助通用网关接入互联网，将本地控制系统数据

50、发送至云端二次存储 云存储与数据呈现需单独进行二次深度开发问题正如本文开头所说，这是一项横跨“工业自动化”和“互联网 IT”的系统集成，因此，要实现并达到完整的IoT物联网使用体验，对工业制造企业来说，第一个问题就是要面对来自不同技术领域的多个供应商，而这些供应商可能来自工业控制、现场总线、互联网、通讯、数据库、服务器、软件.等等方面。这其实对我们目前的制造企业来说，无论从成本、管理和技术能力等各方面来说，都是不小的挑战。同时，当下IoT产品大部分是要依赖设备控制系统和现场总线实现数据连接的，这其实让工业物联网应用难度和门槛增加了不少。比如，如果我们的设备现场没有完整的控制系统和现场总线，甚至

51、连控制器都没有，是否还需要先做控制系统集成再升级到物联网呢?再比如，如果云端需要的数据，在现有控制系统中没有对应的运行数据，必须先重新配置设备控制系统，可能要包括从现场设备(如传感器)布置、接线到参数调整一系列工作，这些工作交给这些IoT的服务商靠谱么?IoT过度依赖于设备控制系统，大量决策信息与设备控制信息并行其实对控制器提出了极高的挑战，尤其是未来的IoT系统将承载大量可能与控制无关的现场感知信息，而这些信息对控制系统而言，可能并不是必须的。另外，这样的IoT系统需要通过本地总线、交换机、控制器和网关等多个步骤才能实现现场与云端的数据连接，涉与的软硬件等中间环节非常多，因此维护运营成本自然

52、也是较高的。其实，从目前IoT的市场现状看，我们现在市面上能看到的大部分“远程”“IoT”解决方案，都仅仅实现了将传统工业控制系统与“云”的联通，但事实上联通的体验还有很大需要提升的空间;并且仅以现有标准产品组合，是很难满足制造行业的复杂多变的应用需求的。需要当下需要解决的并不是IoT能不能实现“万物互联”的问题，而是关于如何帮助用户获得一个简单易用和恰到好处的IoT解决方案、并提升整体应用体验的问题。或者说目前很多制造企业所需要的IoT产品和服务，应该具备能够帮助企业实现简化和优化设备联接与信息互通的一些特质。1. 来自单一IoT系统供应商的一站式IoT系统集成服务。用户需要这样的单一IoT

53、系统提供商，不仅有从现场到云端的一整套IoT软硬件产品组件，同时能基于这些产品提供完整的IoT解决方案。这一点我们倒是可以借鉴一下工业自动化领域系统应用的经验，在很多行业早期开始引入自动化系统时，自动化产品厂商基于自身产品系统架构为行业用户提供 Turn Key 的自动化系统集成服务，成为自动化系统提供商，而后来随着行业应用的成熟和发展，逐渐出现各个行业的基于各大自动化产品架构的系统集成商。同样，现在的工业物联网也需要能够提供完整IoT产品的供应商，同时扮演系统提供商的角色为用户提供一站式的IoT系统集成服务，未来随着工业IoT的逐步进化，应该也会涌现出一批基于标准平台的工业IoT系统集成商。

54、2. IoT系统的搭建和数据的联通，应能够不依赖于已有的控制系统和现场总线对于应用现场控制系统基础较薄弱或者根本不具备本地控制系统的场合，IoT系统提供商应能够帮助用户实现数据的现场设备埋点以与搭建本地与云端的数据交互通道。对于已有控制系统的现场，不仅需能够提供灵活埋点和云端数据连接，同时应能够与现有的本地系统联通并实现数据对接，这就要求IoT系统提供商，不仅仅能像传统IoT服务那样提供与通用工业系统对接的标准网关接口，同时有能力针对非标或者特殊领域的系统进行网关接口的订制开发。3. 扁平化的IoT系统架构。也就是说，从云端到现场的数据交互，应尽可能的减少中间环节。这样就可以帮助用户减少大量系

55、统运营和维护时间和成本。与其说这些是对未来IoT产品和服务提出的需求，倒不如说是对IoT系统服务商能力上提出的挑战。面对这样的需求，短期，我们将必然需要专业的IoT系统提供商“Turn Key”式的服务，用户可根据自身应用状况，菜单式订制一站式IoT服务，而供应商针对用户需求，量身定制专属的物联网系统;而从中长期看，随着行业发展的成熟，垂直行业将会出现一些“资深”的IoT系统集成商(或开发者)，此时IoT系统产品提供商的模式将从 Turn Key 模式转变为“平台化”运营模式，为IoT系统集成商、各类服务商和用户提供优质的IoT产品，不断迭代和优化IoT系统平台，提升用户开发与运维的应用体验。

56、进化ing记得去年这个时候，Elco曾经发布过一款名为 Spider67 Mobile 的无线 I/O 产品，让大家产生不少IoT猜想。它已经可以通过置的、接入 internet 的网关将现场的 I/O 信号与其背后的云端进行数据交互，就是说通过 Spider67 Mobile 和其所基于的ElcoCloud云平台搭建的IoT集成系统，已经不需要依赖于设备现场总线和控制系统了。不过，这款让大家产生不少IoT猜想的标准产品，仅仅是一个开始。为了打造更完整的系统和灵活多样的产品组合，从而不断满足用户的工业IoT的各种需求和提升应用体验，Elco方面近期对 Spider67 Mobile 和Elco

57、Cloud有了全新的战略布局，发布了其全新的“基于ElcoCloud的IoT集成开发解决方案与服务”(以下简称Elco-IoT)，而 Spider67 Mobile 其实只是Elco整个IoT集成系统中的一环。从Elco-IoT提供的产品围看，Elco-IoT提供的产品包含了：1. 标准IoT芯片级网关、标准现场网关接口、Spider67 Mobile等标准硬件产品2. 云端数据存储、归档、追溯3. 客户端界面展示模版与开发服务加上我们知道Elco原本就是可以提供工业传感器等现场级工业组件的，所以，事实上，与传统的工业IoT等远程产品服务仅提供从网关到云端的数据联接不同，这样一个系统已经有能力

58、打通现场感知、数据采集、网关接口、云服务器、用户界面 UI 这 5 个IoT系统基本要素了。网络架构方面，Elco-IoT既可以通过其基于现场总线的网关产品实现设备与云端的数据互通，也可以借助 Spider67 Mobile 这样的产品直接将现场感知信号同步到云端，并经过数据分析后将信息展示到客户端。这对于很多正在运行使用中的设备进行IoT升级是有着重大意义的，因为这基本不需要对设备原有系统进行任何修改，也不会影响设备正常的生产运行。当然，能够这样直接将现场数据发送至云端，整个IoT系统也是非常扁平、简洁的。为用户提供基于上述自身IoT产品的、一站式的IoT交钥匙项目解决方案，成为一个IoT的

59、系统提供商，有可能成为Elco-IoT现阶段比较有效的一种服务方式，因为目前大部分用户的IoT技术集成能力并不强，并且市场上也很难找到比较成熟的IoT系统集成商;但根据Elco-IoT的产品围中的 Spider67 Mobile 和标准IoT芯片级网关，可以推测出Elco-IoT的另一种服务，就是基于标准IoT芯片级网关技术，为设备或产品制造商提供产品IoT化的定制开发。这并不难理解，因为 Spider67 Mobile 本身就是一款集成了标准IoT芯片级网关的现场 I/O 产品，那么掌握了芯片级的网关技术，还有什么产品不能被IoT化呢?前者，提供IoT系统的 Turn key 服务，更多的是

60、身先士卒对自身IoT技术和系统的示和验证;而后者，产品IoT化的定制开发，则将有机会帮助Elco-IoT走向平台化运营，让更多用户受益于工业物联网的便利。此外，宜科在此次Elco-IoT的发布中对其安全技术的架构做了比较详细的介绍，如上图所示，不仅在网关数据采集和传输通道采取了多种安全措施，比如网关密匙、加密算法、设备认证等等，同时在后台的数据存储、乃至客户端展示用的 API 数据接口也有很完备的数据安全部署。抛开具体技术细节不谈，仅从这样的系统安全架构看，采用的是目前非常成熟可靠的数据安全技术手段，同时安全模块的部署也已经非常全面细致了。如果说此前引起我们注意的，仅仅是一只让我们产生不少Io

61、T猜想的 Spider，那么从现在开始，我们有必要关注一下这只 Spider 正在织起的IoT网。史上最全运营商部署NB-IoT的系列问题清单和联盟答案大会上，解秘书长从运营商部署NB-IoT、NB-IoT技术以与NB-IoT产业链三方面来梳理NB-IoT问题清单并作出了相应的联盟答案。该部分分享的是物联网各垂直应用领域里，NB-IoT技术的部署，看看适合NB-IoT技术的垂直应用场景有哪些?垂直应用服务商又该如何部署?NB-IoT适合的垂直应用场景有哪些?NB-IoT垂直应用领域的部署成本是什么?NB-IoT垂直应用领域的部署成本包含硬件成本、网络成本、安装成本、服务成本。若想实现应用领域的

62、规模化，必须降低部署成本。垂直应用领域对NB-IoT的关注点在哪里?NB-IoT技术可满足对低功耗、长待机、深覆盖、大容量有所要求的低速率业务，更适合静态业务、对时延低敏感、非连续移动、实时传输数据的业务场景。自主异常报告业务类型：如烟雾报警探测器、设备工作异常等，上行极小数据量(十字节量级)，周期多以年、月为单位。自主周期报告业务类型：如公共事业的远程抄表、环境监测等，上行较小数据量(百字节量级)，周期多以天、小时为单位。远程控制指令业务类型：如设备远程开启/关闭、设备触发发送上行报告，下行极小数据量(十字节量级)，周期多以天、小时为单位。软件远程更新业务类型：如软件补丁/更新，上行下行较大

63、数据量需求(千字节量级)，周期多以天、小时为单位。NB-IoT的芯片厂家有哪些?华为海思、Qualcomm、Intel、RDA、简约纳、MTK、TI、SEQUANS、MARVELL、NODRIC、中兴微等。NB-IoT芯片商主要来自GSM/LTE Modem公司，也有类似WiFi/BT的MCU公司。未来，更多的NB-IoT芯片厂商会介入，预计在2017年Q3进入价格竞争状态。电力抄表是否青睐NB-IoT?电力抄表的场景分为用户侧通信和配网通信系统。电力负荷监控系统频段采用230MHz+1.8GHz的TD-LTE专网。用户电表的远程抄表采用过很多技术，包括GPRS、3G、LTE、PLC、Zigbee、433MHz等等，抄表频率的目标是15分钟一次采集和上传，