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LPWAN概览之二:比较NB-IoT,LTE-M,LoRa,SigFox和其他LPWAN技术

在第一篇关于LPWAN的概述的文章中,我们了解了LPWAN是什么,LPWAN技术相对于其他物联网连接解决方案的优势。基于对LPWAN的一般理解,我们将在这里比较主要的LPWAN技术和该领域中的主要参与者。我的目标是让您广泛了解哪种LPWAN适合您的物联网应用以及如何最好地向前发展。

LPWAN概览之二:比较NB-IoT,LTE-M,LoRa,SigFox和其他LPWAN技术

LPWAN技术

虽然有许多LPWAN技术和标准,但我们将专注于SigFox,LoRa,Symphony Link和Weightless,因为这些技术正在积极开发或部署中。虽然还有其他专有协议和堆栈,例如Dash7联盟协议,但它们没有获得太大的牵引力,本文不会涉及。LTE-M和Narrowband-IoT(也称为“NB-IoT”和“LTE-M2”)最近成为该领域的新的大型参与者。

随着5G席卷全球,快速转型的物联网连接格局将迎来另一次重大转变。了解LPWAN如何适应该领域,以及如何权衡空间中不同LPWAN技术的成本和收益,以便为将来的连接选项转换做好充分准备至关重要。

LPWAN概览之二:比较NB-IoT,LTE-M,LoRa,SigFox和其他LPWAN技术

以下部分将概述每种LPWAN技术。

NB-IoT和LTE-M

LTE-M和窄带IoT(NB-IoT)是LPWAN空间的有希望的选手。LTE-M是第三代合作伙伴计划(通常称为“ 3GPP”)对LPWAN解决方案的有力回应,其在保留资源的同时搭载标准LTE连接。NB-IoT是挑战中的另一个3GPP构造Sigfox和LoRa Alliance发起的,然而,NB-IoT与LTE-M的不同之处在于它在LTE构造之外的操作 。

NB-IoT的一大优势在于其更简单的波形:该技术消耗的功率最小。另一大优势是成本。通过选择专门为NB-IoT协议设计的芯片组,其具有更简单的结构,降低了整体组件成本。最后,NB-IoT在智能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物渗透率。另一方面,由于LTE无处不在,在美国部署将很困难,而且由于采用LTE-M的芯片通常也非常昂贵; NB-IoT可能最适合智能电表等静态资产,而LTE-M在车辆或无人机等漫游应用中具有优势。

LTE-M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,还有其他限制需要考虑。首先,我们仍然可以通过LTE-M了解电源效率。还有一些严苛的许可问题需要考虑。谁想要支付像Qualcomm和InterDigitals这样的公司来授权移动电话知识产权?

总的来说,更大的经济和实际力量可能会影响NB-IoT与LTE-M的争论。我们可能会看到主要的美国服务提供商推动LTE-M,因为他们已经投入了数十亿美元的LTE技术。相比之下,在GSM频谱是常态的世界其他地方,我们可以期望看到(非LTE)NB-IoT协议的偏好。

LORA

LORA联盟是一个以促进对某些LPWAN技术生态系统的开放式,非营利性的协会。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。然而,它并不是真正开放的,因为实现完整LoRaWAN堆栈的底层芯片只能通过Semtech获得。基本上,LoRa是物理层:芯片。LoRaWAN是MAC层:用于启用网络的软件。有关LORAWAN的更详细而简单的介绍可以在Jensd的I/O Buffer的博客上找到。

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该功能类似于SigFox,因为它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。然而,它不使用窄带传输,而是使用编码分组在不同频率信道和数据速率上分配信息。这些消息不太可能相互冲突和干扰,从而增加了网关的容量。

SigFox

SigFox成立于2009年,是一家法国公司,总部位于法国Labège。由于其在欧洲的成功营销活动,SigFox在LPWAN领域具有显着的吸引力。它还拥有庞大的供应商生态系统,包括德州仪器,Silicon Labs和Axom。最近,SigFox将其大部分努力投入到快速加速的欧洲市场 – 这是以美国为中心的采用者的考虑因素。

SigFox使用专有技术,这是使用慢调制速率来实现更大范围的示例。由于这种设计选择,SigFox是仅需要发送小的,不频繁的数据突发的系统应用的绝佳选择。
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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(下行链路能力)受到严重限制,并且信号干扰可能成为问题。

Symphony Link

Link Labs是LoRa联盟成员,因此使用上面提到的LoRa芯片。然而,Link Labs并没有使用LoRaWAN,而是在Semtech的芯片Symphony Link之上构建了专有的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年创立,总部位于马里兰州的安纳波利斯。
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与LoRaWAN相比,Symphony Link增加了一些重要的连接功能,包括有保证的消息接收,无线固件升级,占空比限制的删除,中继器功能和动态范围。

Weightless SIG

Weightless SIG(特殊兴趣小组)成立于2008年,其使命是标准化LPWAN技术。有五个“推广小组成员”,包括埃森哲,ARM,M2COMM,索尼欧洲和Telensa。

Weightless SIG是唯一真正的开放标准,可在低于1 GHz的免许可频谱中运行。有三种版本的Weightless可用于不同目的:

  • Weightless-W:利用空白(许可电视频段中未使用的本地频谱)
  • Weightless-N:由NWave技术诞生的免授权频谱窄带协议
  • Weightless-P:M2COMM Platanus技术诞生的双向协议

Weightless-N和Weightless-P是更受欢迎的选择,因为Weightless-W具有更短的电池寿命。

Nwave的Weightless-N与SigFox在功能上非常相似,但拥有更好的MAC层实现。它声称使用“先进的解调技术”,使其网络能够与其他无线电技术共存而不会产生额外的噪音。像SigFox一样,它最适用于基于传感器的网络,温度读数,储罐液位监控,智能计量和其他此类应用。

Weightless-P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到100 kbps)。灵敏度非常高,在625 bps时为-134 dBm,支持PSK和GMSK调制。对于专用网络,更复杂的用例以及控制上行链路数据和下行链路数据非常重要的情况,Weightless-P是有意义的。Weightless-P的开发套件现在才刚刚开始上市。


上面讨论的LPWAN技术之间存在重要的细微差别,并且随着NB-IoT和LTE-M协议的新竞争,很难跟踪移动的LPWAN格局。我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。

原创文章,作者:xgl,如若转载,请注明出处:https://edgeaitech.com/71

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