物联网正在蓬勃发展，LoRaWAN与NB-IoT是引领潮流的两大低功耗广域网(LPWAN)。这些远距离、低带宽无线语言现在听起来可能令人困惑，但它们是解锁出色的物联网功能的关键。
无论是试图在庞大的仓库中跟踪资产、监控农场的环境条件，还是构建大型智慧城市网络，LoRaWAN与NB-IoT都能满足需求。当然，还存在其他无线选项，例如Zigbee和蓝牙，但它们的范围和电池寿命都无法与这些LoRaWAN相提并论。这里说的是一次充电即可运行多年!
因此，无论选择哪个-LoRaWAN的开放标准或NB-IoT的蜂窝技术，都会惊叹于它们出色的性能。
LoRaWAN与NB-IoT概述
LoRaWAN与NB-IoT都是LPWAN技术，但它们的运作方式却截然不同。LoRaWAN使用未经许可的频谱和专有的扩频调制，而NB-IoT利用许可的LTE频段和窄带4G蜂窝。为了真正了解这两个选项的比较，需要定义LoRaWAN和NB-IoT的工作原理。
什么是LoRaWAN
LoRaWAN是LoRa联盟为低功耗、电池供电的物联网设备设计的低功耗广域网络协议。它利用LoRa物理层，这是一种专有的扩频调制技术，源自Semtech获得专利的线性调频扩频(CSS)技术。
LoRaWAN规范定义了一种安全的双向通信协议，具有端到端加密、数据身份验证和移动性支持等功能。LoRaWAN网络需要网关将终端设备连接到互联网，每个设备都会为LoRa芯片组产生少量费用。
LoRaWAN旨在提供一种将物联网“事物”连接到区域、国家或全球网络的简单方法，同时满足低功耗、远距离、本地化服务和安全通信等关键物联网要求。
什么是NB-IoT
NB-IoT(窄带物联网)是3GPP开发的蜂窝标准，旨在为物联网设备提供低功耗、广域网连接。它经过优化，可为固定物联网传感器和仪表提供广泛的覆盖范围和增强的室内渗透能力。
与未经许可的LoRaWAN协议不同，NB-IoT在移动运营商拥有的许可蜂窝频谱中运行。这种许可方法旨在提供更可靠和可互操作的用户体验，尽管与未经许可的LPWAN技术相比，其长期成本更高。
NB-IoT在3GPP第13版中完成了标准化，可以以带内、保护带或独立模式部署，无需像LoRaWAN这样的网关。NB-IoT设备直接连接到蜂窝基站。
NB-IoT采用嵌入式SIM(eSIM)的趋势不断增长，根据GSMAIntelligence，83%的组织认为它对物联网至关重要。eSIM允许配置支持“空白”SIM的物联网设备，以简化全球连接。
LoRaWAN与NB-IoT：逐个功能对比
LoRa和NB-IoT作为领先的LPWA协议脱颖而出，拥有多种共同属性，如较长的电池寿命、广泛的覆盖范围和成本效益。尽管NB-IoT和LoRa标准有惊人的相似之处，但仍存在显著的区别：
范围和覆盖范围
LoRaWAN利用网关提供每个网关5-15公里半径的远程覆盖，使其适合农村/偏远地区和跟踪移动资产。其地理位置不是基于GPS的。
NB-IoT在蜂窝网络架构中运行，每个蜂窝站半径为2-3公里。它需要密集的小区部署才能实现广域覆盖，但在现有4G基础设施的室内/城市地区表现更好。NB-IoT使用GPS提供地理定位服务。
带宽和数据速率
NB-IoT具有明显的优势，由于其先进的设计，在LTE上提供180kHz带宽(在4G上更高)，数据速率高达200kbps。相比之下，LoRaWAN的带宽限制为125khz、250khz和500khz，最大速率为50kbps。NB-IoT的许可频谱和强大的MAC层还可以提供更好的噪声和干扰保护。
延迟
LoRaWAN优先考虑延长物联网设备的电池寿命，但这是以高延迟为代价的。相比之下，NB-IoT作为一种蜂窝技术，通过频繁“检查”网络来提供较低的延迟。这使得NB-IoT成为需要更灵敏通信的物联网用例的更好选择。
网络拓扑结构
LoRaWAN使用星形拓扑，其中终端设备直接与网关通信，然后网关将数据中继到中央网络服务器。相比之下，NB-IoT遵循蜂窝网络拓扑，设备直接连接到基站，利用现有蜂窝基础设施的网状网络架构。虽然基本网络架构相似，但与NB-IoT的直接设备到基站连接模型相比，主要区别在于LoRaWAN使用网关作为媒介。
成本和服务质量(QoS)
LoRaWAN在无需许可的ISM频谱中运行，可降低部署和设备成本。NB-IoT在获得许可的蜂窝频段中，需要运营商支付高额许可费才能提高频谱效率。这种特权访问可确保卓越的质量和安全性，但代价高昂，需要扩展LTE基础设施以支持物联网。LoRaWAN以低廉的价格满足本地化、低功耗部署的需求，而NB-IoT则提供无缝的可靠性和覆盖范围，这是由蜂窝运营商的专属领域提供的优质服务。
部署状态
截至2024年，LoRaWAN的足迹遍及全球，在181个国家/地区拥有170多家运营商。据GSMA称，NB-IoT受到了更多地区的关注，在64个国家(主要是亚洲和欧洲)有124个运营商部署。2022年LoRaWAN芯片组出货量领先，达到6590万，而NB-IoT占2240万，预计到2027年所有出货量将每年增长20%。
LoRaWAN与NB-IoT对比图
下面的比较图突出显示了LoRaWAN和NB-IoT在不同参数方面的主要区别。
LoRaWAN与NB-IoT的优缺点
虽然LoRaWAN和NB-IoT在低功耗广域网技术方面有一些相似之处，但它们在几个关键方面存在显著差异。让我们探讨一下LoRaWAN和NB-IoT的突出优点和缺点：
LoRaWAN的优点：
- 无与伦比的远程能力(长达15公里)
- 极低功耗，10年以上电池寿命
- 私有和本地化网络部署
- 降低成本
- 开放标准和互操作性
LoRaWAN的缺点：
- 数据速率较低，不适合高带宽应用
- 有限的服务质量和优先级管理
- 密集部署中的潜在干扰
- 需要专用网关基础设施
NB-IoT的优点：
- 与LoRaWAN相比，数据速率更高
- 利用现有的蜂窝基础设施实现广泛的覆盖范围
- 提高服务质量和优先级管理
- 蜂窝级安全性和可靠性
NB-IoT的缺点：
- 更高的部署和运营成本
- 对蜂窝运营商和基础设施的依赖
- 射程较短且室内穿透力有限
- 与LoRaWAN相比，功耗更高
NB-IoT和LoRaWAN的不同用例
LoRaWAN非常适合需要远距离通信、深度室内穿透和超低功耗的应用。一些常见的用例包括：
- 智慧农业和精准农业(土壤、牲畜追踪、微气候)
- 智能公用事业(水、暖气、煤气、电)
- 智能建筑(室内空气质量、占用、计量、泄漏检测)
- 智慧城市(停车场、街道照明、废物管理、噪音水平、交通灯、车队管理)
- 智慧工业(工业设备健康监测、节能减排)
另一方面，NB-IoT更适合需要更高数据速率、增强服务质量和更广泛覆盖范围的应用。一些潜在的用例包括：
- 具有实时数据传输的智能公用事业监控(电、气、水)
- 智能医疗(患者监护、远程医疗服务)
- 智能制造和工业物联网(预测维护、资产跟踪、流程优化)
- 智慧城市(交通管理、公共交通、环境监测)
- 智能零售(库存管理、资产跟踪、供应链可视性)
- 智慧农业(精准农业、畜牧业、灌溉)
- 智能物流(货运追踪、冷链监控、车队管理)
LoRaWAN与NB-IoT：哪个更适合物联网连接?
将LoRaWAN与NB-IoT标记为纯粹的互补或竞争对手未免过于简单化。它们的用例在某些领域可能会重叠，但基于各自的优势，每个用例更适合不同的场景。
LoRaWAN在没有蜂窝网络覆盖的农村、偏远地区大放异彩。其远距离、免许可频谱、低功耗以及经济高效的私有部署是其主要优势。但也可以在城市中使用，比如处理智能公用事业、建筑、工业物联网，凡是所能想到的。其非GPS地理定位，对于供应链和运输跟踪等电池受限的移动用例也至关重要。
另一方面，NB-IoT通过利用现有4G/LTE基础设施，提供可靠、更高带宽的连接，非常适合实时、关键任务物联网应用。这使得它非常适合智慧城市、联网车辆和工业用例，尤其是在城市领域。然而，在没有蜂窝网络覆盖的农村地区，其较高的部署成本和对耗电的GPS的依赖可能会受到限制。
选择取决于覆盖范围、带宽、功率限制、移动性和成本等需求。根据优势对两者进行战略部署，而不是非此即彼，可以跨用例实现强大的物联网生态系统。
常见问题解答：
1.LoRaWAN和NB-IoT设备可以相互通信吗?
答：不可以，LoRaWAN和NB-IoT是独立的技术，不能直接相互通信。但是，可以通过可以在两种协议之间进行转换的通用平台或网关来加以集成。
2.LoRaWAN和NB-IoT哪种技术更安全?
这两种技术都采用了强大的安全机制，但NB-IoT作为蜂窝生态系统的一部分，通常提供增强的安全功能和蜂窝级加密。
