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NB-IoT、LoRa、eMTC、Zigbee、Sigfox、WiFi、蓝牙,谁能称霸物联网时代?

2019-09-20 09:45
来源: 与非网

根据IDC市场研究机构报告显示,到2020年全球将有260亿件设备接入物联网,全球物联网产业规模将达到1.7万亿美元。

物联网悄然拉开了“万物互联”的帷幕。在“万物互联”时代,首先要解决“物”与“网”的连接问题,物联网生态系统的核心组成部分是连接和通信,使得远程和分散物体(设备,传感器节点,网关单元,云服务器)之间的连接和通信成为可能,所以“连接技术”决定了物联网发展的走向。

物联网无线接入技术种类众多,包括Zigbee、WiFi、蓝牙等短距离通信技术和LoRa、SigFox、eMTC、NB-IoT等长距无线通信技术。其中,受业界青睐的低功耗广域技术LPWA既包括广域非授权频谱技术LoRa和SigFox,也包括授权频谱的eMTC和NB-IoT等。

NB-IoT

NB-IoT是指窄带物联网(Narrow Band Internet of Things)技术,是一种低功耗广域(LPWA)网络技术标准,基于蜂窝技术,用于连接使用无线蜂窝网络的各种智能传感器和设备,聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IoT)市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。


NB-IoT技术可以理解为是LTE技术的“简化版”,NB-IoT网络是基于现有LTE网络进行改造得来的。

LTE网络为“人”服务,为手机服务,为消费互联网服务;而NB-IoT网络为“物”服务,为物联网终端服务,为产业互联网(物联网)服务。

NB-IoT使用License频段,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,与现有网络共存,以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT的特点

低功耗

NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用,因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小,设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。

低成本

NB-IoT是基于LTE网络的技术,所以在现网LTE网络的基础上进行改造,就可以很快组网,很快扩大覆盖。目前各大运营商仍在大力推动LTE网络建设,也有利于NB-IoT的覆盖改善。

强连接

在同一基站的情况下,NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接,支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。

广覆盖

NB-IoT室内覆盖能力强,比LTE提升20dB增益,相当于提升了100倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求,对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。

NB-IoT发展现状

从市场数据来看,2017年华为海思推出Boudica120国内第一颗NB-IoT芯片至今,累积出货2000万颗,而其他国内NB-IoT芯片厂家总出货量不超过1000万颗。

从发展现状来看,截至今年5月底,全球已有84张NB-IoT网络商用(GSMA),全球模组种类已超过100种,成为全球应用最广的物联网技术之一。国内NB-IoT用户数已经达到3000万。同时,国内的消费级物联网硬件销售额预计在2022年超过3000亿美元,年复合增长率超过20%。

NB-IoT市场仍然格局未定,产业链上下游厂商都想抓住这个市场机会,分得NB-IoT市场一杯羹。

但NB-IoT依旧面临着性能指标夸大、网络覆盖不佳、商业模式存在问题、心态浮躁等诸多问题和挑战,是NB-IoT市场扩展受阻的主要原因。

为了进一步推动NB-IoT的发展进程,国内运营商都在大力部署NB-IoT基站,2019年,我国预计将建成90万个NB-IoT基站、到2020年将建成超过150万个NB-IoT基站、到2025年NB-IoT基站规模将达到300万。

此外,国外众多运营商也纷纷支持NB-IoT,Vodafone、德国电信、软银等几十家运营商均已经部署了NB-IoT商用网络,美国T-Mobile也已经宣布商用了NB-IoT,全球运营商的创新先锋AT&T和Verizon,也积极进行NB-IoT的商用试点。

对于NB-IoT的未来走向,可以预见NB-IoT还会与现有网络共存共生。当产业走到万物互联的5G时代,NB-IoT也将迎来了新的发展机遇。

LoRa

LoRa的名字是远距离无线电(Long Range Radio),作为一种线性调频扩频的调制技术,最早由法国几位年轻人创立的一家创业公司Cycleo推出,2012年Semtech收购了这家公司,并将这一调制技术封装到芯片中,基于LoRa技术开发出一整套LoRa通信芯片解决方案,包括用于网关和终端上不同款的LoRa芯片,开启了LoRa芯片产品化之路。

不过,仅仅一个基于LoRa调制技术的收发芯片还远不足以撬动广阔的物联网市场,在此后的发展历程中,由于多家厂商发起的LoRa联盟,以及推出不断迭代的LoRaWAN规范,催生出一个全球数百家厂商支持的广域组网标准体系,从而形成广泛的产业生态。

推动这一生态的相关技术标准、产品设计、应用案例等都是多个厂商共同参与的过程,这些也是形成目前庞大产业生态更为关键的元素,而它们并不属于Semtech 单个公司所有,比如LoRaWAN规范是一个全球多个厂商共同参与的开放标准,任何组织或个人都可以根据这一规范进行产品开发和网络部署。

相较于大多数的网络采用网状拓朴,易于不断扩张网络规模,但缺点在于使用各种不相关的节点转发消息,路由迂回,增加了系统复杂性和总功耗。LoRa采用星状拓朴(TMD组网方式),网关星状连接终端节点,但终端节点并不绑定唯一网关,相反,终端节点的上行数据可发送给多个网关。理论上来说,用户可以通过Mesh、点对点或者星形的网络协议和架构实现灵活组网。


LoRa网络构架

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网络构架由终端节点、网关、网络服务器和应用服务器四部分组成,应用数据可双向传输。

LoRa是创建长距离通讯连接的物理层或无线调制, 相较于传统的FSK技术以及稳定性和安全性不足的短距离射频技术,LoRa基于CSS调制技术(Chirp Spread Spectrum)在保持低功耗的同时极大地增加了通讯范围,且CSS技术数十年已经广受军事和空间通讯所采用,具有传输距离远、抗干扰性强等特点。

此外,LoRa技术不需要建设基站,一个网关便可控制较多设备,并且布网方式较为灵活,可大幅度降低建设成本。


LoRa因其功耗低,传输距离远,组网灵活等诸多特性与物联网碎片化、低成本、大连接的需求十分的契合,因此被广泛部署在智慧社区、智能家居和楼宇、智能表计、智慧农业、智能物流等多个垂直行业,前景广阔。

LoRa的特点

传输距离:城镇可达2-5 Km , 郊区可达15 Km 。

工作频率:ISM 频段 包括433、868、915 MH等。

标准:IEEE 802.15.4g。

调制方式:基于扩频技术,线性调制扩频(CSS)的一个变种,具有前向纠错(FEC)能力,semtech公司私有专利技术。

容量:一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点。

电池寿命:长达10年。

安全:AES128加密。

传输速率:几百到几十Kbps,速率越低传输距离越长,这很像一个人挑东西,挑的多走不太远,少了可以走远。

LoRa发展现状

大约从2014年起,国内首批企业开始研发LoRa相关产品,至今经过5年的时间,LoRa已经从一个小范围使用的小无线技术成长为物联网领域无人不晓的事实标准。

近年来,科技巨头纷纷入局LoRa、加入LoRa联盟,可以看出各企业都希望借助LoRa这个切入点来确立自身在物联网和产业互联网领域的地位。阿里和腾讯两大互联网巨头将LoRa作为其物联网布局的重要入口,主推的LinkWAN平台和TTN平台对于产业链上下游的带动作用非常明显。另外,铁塔、联通以及广电等群体也开始针对LoRa产业进行布局,进一步促进其在各行业应用的落地。

从目前的市场结构看,国内已有上千家企业参与到LoRa产业生态中,呈现出大中小型企业、传统企业与互联网企业共同参与的格局。国内提供给LoRa发展的产业大环境不断向好,LoRa联盟自身力量也在不断壮大。

据资料了解,2018年国内LoRa芯片出货量达到数千万片,其中,模组和表计厂商占据大部分采购份额,基站厂商采购量位居其次。除此之外,国内还有大量分散的模组、终端厂商也会直接采购LoRa芯片,虽然都是小批量,但加起来规模还算可观。

对于大部分模组、终端、系统和应用厂商来说,它们对于各种技术是中立的,选择何种技术路线大部分是一种纯市场化行为。LoRa芯片是支持整个产业的重要底层元器件,但整个产业结构的形成还要靠多种力量共同努力,这种力量在国内已经形成。LoRa相关产品灵活性较强已成业界共识,不仅仅在于能够在各种环境下自主部署网络,还在于各类开发者能够选择多个平台,快速得到开发支持。

近一年来,LoRa在智慧城市、智能园区、智慧建筑、智慧安防等垂直领域也有了大量落地的行业应用。Semtech物联网业务总监Vivek Mohan曾表示,目前全球大量的垂直行业中已形成300多个应用场景。

LoRa技术是Semtech公司的专利,其LoRa芯片产品期初也是独家供应,但单一的LoRa产品必然会带来产品价格、功能等方面的局限性。

2018年Semtech开始改变传统的产品营销模式,授权IP给一些公司做LoRa产品,形成了多供应商的市场供应局面,LoRa芯片供应厂家通过走差异化路线,融合不同功能的芯片,满足更多差异化应用的需求,如LoRa+GPS获取位置信息,LoRa+BLE与本地近场设备连接通信,LoRa+安全芯片增强设备的安全性等,来共同做大市场。

未来,或许会有更多的LoRa芯片供应商,市场做大也符合Semtech公司的利益。

可以看到,不论从技术、供应链体系、产业结构还是生态建设,LoRa依然是一个市场化行为为主导的技术选项,大国之间政治经济博弈对于LoRa供求各方产生的影响很小。采用LoRa通信的物联网项目中包含非常多的技术和元素,很多价值远远超过通信本身,未来发展中,业界应该更多聚焦于应用价值的创造,聚焦于市场化行为和商业模式,以求在物联网时代赢得先机。

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