3分鐘了解物聯(lián)網(wǎng)三大技術(shù)的未來競爭！

許多低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)的標準，如NB-IoT、LoRa、SigFox等等，用自己擅長的技術(shù)和應用搶劫IoT為了爭取在這個廣闊的市場上領(lǐng)先。

物聯(lián)網(wǎng)通過通信技術(shù)連接人、物、物。短距離通信技術(shù)一般用于智能家居、工業(yè)數(shù)據(jù)采集等區(qū)域的網(wǎng)絡通信場景。對于廣泛和遠程的連接，需要遠程通信技術(shù)。在生活中的應用場景（如遠程抄表、環(huán)境監(jiān)測、智能停車、位置跟蹤等）中，我們需要一個覆蓋面廣、成本低、部署簡單、支持大連接的物聯(lián)網(wǎng)，因此功耗低(Low-PowerWide-AreaNetwork，簡稱LPWAN)應運而生。以這些應用場景為主導的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)量將占物聯(lián)網(wǎng)總連接數(shù)的60%。

LPWAN可分為兩類：一類是在未授權(quán)頻譜中工作的LoRa、SigFox等一種是在授權(quán)頻譜下工作，3GPP支持的2/3/4G蜂窩通信技術(shù)，如EC-GSM、eMTC、NB-IoT等。LPWAN與傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比，專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應用而設(shè)計，LPWAN藍牙和藍牙有明顯的優(yōu)勢，Wi-Fi、Zigbee、802.15.與4等無線連接技術(shù)相比，4等無線連接技術(shù)比較LPWAN與蜂窩技術(shù)(如GPRS、3G、4G等)比連接功耗低。

在物聯(lián)網(wǎng)通信的發(fā)展中，NB-IoT已獲得全面支持，未來相關(guān)應用市場繁榮。LoRa與SigFox雖然受到NB-IoT強大的擠壓，但由于物聯(lián)網(wǎng)應用仍然屬于增長市場，這兩種技術(shù)已經(jīng)逐漸被發(fā)現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)NB-IoT區(qū)分發(fā)展道路，未來發(fā)展的重點是創(chuàng)造良好的消費者使用體驗，加渠道。

物聯(lián)網(wǎng)通信是近兩年行業(yè)最熱門的話題之一，尤其是5G三大愿景的正式定義mMTC(MassiveMachineTypeCommunication)，未來物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模將大大超過過去的人聯(lián)網(wǎng)，每平方公里甚至有100萬個網(wǎng)絡節(jié)點。低功耗廣域網(wǎng)(LowPowerWideAreaNetwork,LPWAN)技術(shù)簡單，應用廣泛，將是MTC包括早期切入點NB-IoT、LoRa、SigFox都是相關(guān)的明星技術(shù)，未來3GPP的MTC更多不同類型的物聯(lián)網(wǎng)應用更多不同類型的物聯(lián)網(wǎng)應用。

事實上，當物聯(lián)網(wǎng)的概念在過去還沒有成熟的時候，有很多用途G/3G機器通信技術(shù)(MachinetoMachine,M2M)車隊管理、物流、工業(yè)等應用B2B未來幾年，市場需求將繼續(xù)增長。在現(xiàn)有2G/3G/4G在模塊的基礎(chǔ)上，2018年NB-IoT、LoRa、SigFox大力拓展新興應用市場LTECat.M1.在未來，它可以滿足更高的傳輸速率、高移動性、定位、低功耗、語音等功能MTC共同構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)通信產(chǎn)業(yè)面貌的標準。

NB-IoT：中國物聯(lián)網(wǎng)標準

NB-IoT工業(yè)從2017年開始，2018年進入加速階段，2019年正式起飛。從技術(shù)標準的發(fā)展來看，2016年3GPPR13版本發(fā)表NB-IoT2017年大廠高通技術(shù)(Qualcomm)與海思(HiSilicon)年底，聯(lián)發(fā)科進一步推出了支持初始標準的芯片R14版芯片，很多芯片廠商紛紛宣布投資NB-IoT，市場蓬勃發(fā)展，也刺激了通信模塊制造商的步伐。

自2016年6月16日，NB-IoT獲得3項技術(shù)協(xié)議GPP無線接入網(wǎng)(RAN)技術(shù)規(guī)范組會議通過以來，我國隨后就出臺一系列政策支持NB-IoT發(fā)展。

2017年5月，工信部發(fā)布《電信網(wǎng)編號計劃(2017年版)》“140XX~144XX”明確為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)號。

2017年6月16日，工業(yè)和信息化部發(fā)布《關(guān)于全面推進移動物聯(lián)網(wǎng)的》(NB-IoT)2017年至2020年建設(shè)發(fā)展通知NB-IoT標準、NB-IoT設(shè)備、NB-IoT芯片、NB-IoT模組、NB-IoT測試、NB-IoT應用、NB-IoT網(wǎng)絡的發(fā)展，部署了“定量”的任務。

2017年6月20日，工信部發(fā)布2017年第27號公告，從三方面明確了NB-IoT使用系統(tǒng)頻率要求。

2017年8月7日，工業(yè)和信息化部批準了部分單位提出的電信網(wǎng)絡號資源相關(guān)申請，公布了2017年第10批《中華人民共和國電信網(wǎng)絡號資源使用證果，包括物聯(lián)網(wǎng)號碼段分配。

有了中國政府和中國市場NB-IoT全力支持，NB-IoT如日中天。

三大運營商NB-IoT部署進度

NB-IoT芯片、模塊等產(chǎn)業(yè)鏈上游廠商的發(fā)展離不開。Boudica120、Boudica150;高通的MDM9206;聯(lián)發(fā)科的MT2625。此外，瑞迪科、英特爾、中興微電子等公司也有自己的芯片規(guī)劃。

網(wǎng)絡部署

中國是現(xiàn)今NB-IoT隨著2017年中國國務院和工業(yè)和信息化部發(fā)布的文件，引導物聯(lián)網(wǎng)市場健康有序發(fā)展，NB-IoT我國工業(yè)生態(tài)蓬勃發(fā)展。NB-IoT工業(yè)聯(lián)盟和移動物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的建立吸引了1000多家企業(yè)NB-IoT市場、智能抄表、智能停車、智能醫(yī)療、智能物流等40多個行業(yè)已啟動規(guī)模商業(yè)部署，預計年底中國NB-IoT連接數(shù)將達到1億。

海外NB-IoT發(fā)展也即將進入快車道。NB-IoT在商業(yè)快速增長和產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的推動下，原有LoRa支持者也逐漸嘗試轉(zhuǎn)向NB-IoT陣營。

NB-IoT網(wǎng)絡架構(gòu)

NB-IoT網(wǎng)絡架構(gòu)方案

NB-IoT組網(wǎng)主要分為五部分：

NB-IoT終端：支持各行業(yè)的IoT設(shè)備接入;

NB-IoT基站：主要是指LTE基站;

NB-IoT核心網(wǎng)：NB-IoT基站和NB-IoT云連接樞紐；

物聯(lián)網(wǎng)云平臺：處理和反饋各類業(yè)務的中心；

應用服務中心：可獲得該中心NB-IoT業(yè)務數(shù)據(jù)也可以完成NB-IoT終端控制。

NB-IoT應用

政府推進的公共事業(yè)和智慧城市建設(shè)NB-IoT主要應用包括智能三表(水表、電表、燃氣表)、智能路燈、停車管理、環(huán)境監(jiān)測等。

事實上，NB-IoT今年證明，將在公共事業(yè)、服務、智慧城市建設(shè)等領(lǐng)域取得主導地位。NB-IoT電信運營商建立網(wǎng)絡并提供服務，網(wǎng)絡建設(shè)與原無線通信基地平臺一致，在人口密集的都會區(qū)，4GLTE信號完善，只需通過最簡單的軟件升級，無需重建網(wǎng)絡；采用授權(quán)頻段，保證公共服務質(zhì)量。只要談好服務率，建立商業(yè)模式就比較簡單。從2018年下半年到2019年，將會有更多的類型和規(guī)模NB-IoT應用導入。

LoRa：LPWAN無人能敵的最強者

LoRa是美國半導體制造商Semtech借助其并購的法國公司Cycleo開發(fā)的無線通信技術(shù)LoRa，在此基礎(chǔ)上和IBM合作完成規(guī)范Semtech、IBM、Cisco為核心所組成的LoRa聯(lián)盟促進相關(guān)發(fā)展。

2016~預計2017年將成為物聯(lián)網(wǎng)時代Wi-Fi，由于采用非授權(quán)頻段，技術(shù)簡單，應用方便，開放的生態(tài)系統(tǒng)也為遠離電信領(lǐng)域的信息通信制造商提供了插入旗幟物聯(lián)網(wǎng)通信的機會，很快吸引了數(shù)百家制造商加入工業(yè)聯(lián)盟，臺灣的許多制造商也大力投資。省去授權(quán)頻段的權(quán)利金，背后有思科(Cisco)、IBM、阿里巴巴和騰訊支持這些大廠商，甚至很多電信商家都在押寶，技術(shù)和產(chǎn)品都在2017年之前Ready，產(chǎn)業(yè)推廣時間表較多NB-IoT更有優(yōu)勢。

不過，從2017~2018年，LoRa發(fā)展受到NB-IoT在強大的競爭壓力下，業(yè)內(nèi)有很多關(guān)于更換網(wǎng)絡解決方案的傳言。主要原因分為內(nèi)外兩個方面。外部原因是NB-IoT大規(guī)模推廣，原本推廣順利LoRaWAN特別是上述公共事業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應用，與其應用領(lǐng)域重疊性高，沒有電信行業(yè)等大型服務商與政府合作。內(nèi)部原因是LoRa技術(shù)1.0版本沒有達到最大的節(jié)能效果。如果信息傳輸采用類似的廣播方式，終端和服務器將不同步，導致重要信息遺漏，經(jīng)常出現(xiàn)密封；此外，LoRa雖然幾乎所有的芯片都掌握了Semtech但由于驗證和互通測試服務不成熟，也會造成不同廠家終端設(shè)備互通的瓶頸。

去年年底，無管局發(fā)布了“征求意見稿”。草案中有一條規(guī)定“470-510MHz非授權(quán)頻段不能用于組網(wǎng)應用”。LoRa本來用于物聯(lián)網(wǎng)，如此一刀切的非授權(quán)頻譜物聯(lián)網(wǎng)應用，意味著頻段內(nèi)LoRa邀請物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)出國，頻段內(nèi)的千億產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)被扼殺。最終在LoRa在支持者的努力下，這件事最終沒有定論。但是，無論局沒有明確透露什么時候出臺新政策，對于身在其中的人來說，都沒有落地“靴子”。

LoRa當然，領(lǐng)先的制造商也知道當前的困境。雖然整體市場仍在增長，但行業(yè)關(guān)注度下降是不爭的事實。

網(wǎng)絡部署

目前LoRa聯(lián)盟擁有500多名成員，在100多個國家提供服務。58家聯(lián)盟成員運營商在41個國家運營，67家公共網(wǎng)絡運營商從美國、中國到俄羅斯、東南亞和南美實現(xiàn)了全球廣泛的覆蓋。其全球網(wǎng)絡覆蓋如下圖所示：

LoRaWAN網(wǎng)絡架構(gòu)

從LoRaWAN網(wǎng)絡架構(gòu)主要包括以下部分：終端節(jié)點(EndNodes)、集中器/網(wǎng)關(guān)(Concentrator/Gateway)、回程(Backhual)、網(wǎng)絡服務器(NetworkServer)、應用服務器(ApplicationServer)。

終端節(jié)點(EndNodes)：終端節(jié)點在最左邊，遠程廣播數(shù)據(jù)包到網(wǎng)絡。Aloha網(wǎng)絡規(guī)范，保證終端設(shè)備可以大部分時間處于空閑模式，功耗少于1uA。這種方法可以保證小電池的應用能達到10到15年的使用壽命。

集中器/網(wǎng)關(guān)(Concentrator/Gateway)：通過終端節(jié)點廣播的數(shù)據(jù)包將被網(wǎng)絡中的一個或多個網(wǎng)關(guān)獲取。該網(wǎng)關(guān)有一個多信道和多數(shù)據(jù)速率的射頻嵌入式設(shè)備，可以掃描和檢測任何活動信道上的數(shù)據(jù)包并進行調(diào)整。

回程(Backhual)：網(wǎng)關(guān)通常有以太網(wǎng)的回程，但目前有些部署使用了2G、3G、4G、Wi-Fi、NB-IoT、以太網(wǎng)等作為回程。

網(wǎng)絡服務器(NetworkServer)：核心網(wǎng)絡是LoRaWAN系統(tǒng)的重要組成部分。它攜帶所有所需的智能來管理網(wǎng)絡，并將數(shù)據(jù)分發(fā)給其他服務器。

應用服務器(ApplicationServer)：LoRaWAN協(xié)議支持不同類型的網(wǎng)絡。一些網(wǎng)絡提供商也是應用程序提供商。因此，在LoRaWAN網(wǎng)絡架構(gòu)圖中最右側(cè)的應用服務器可與網(wǎng)絡服務器托管或與網(wǎng)絡服務器集成托管。

LoRa應用

LoRa由于其功耗低、覆蓋深度深、易于部署等優(yōu)點，正在全球范圍內(nèi)應用部署，非常適合需要低功耗、距離遠、大量連接和定位跟蹤的物聯(lián)網(wǎng)應用，如智能抄表、智能停車、車輛跟蹤、寵物跟蹤、智能農(nóng)業(yè)、智能工業(yè)、智能城市、智能社區(qū)等。

SigFox：國外最火的LPWAN技術(shù)

Sigfox它是一家成立于2009年的法國公司，低功耗設(shè)備的無線網(wǎng)絡，主要用于電表等低功耗物聯(lián)網(wǎng)少量數(shù)據(jù)需要連續(xù)發(fā)送。Sigfox希望建立第一家僅用于物聯(lián)網(wǎng)的全球蜂窩連接公司，其基礎(chǔ)設(shè)施完全獨立于現(xiàn)有網(wǎng)絡（如電信移動網(wǎng)絡）。

SigFox建立自己的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(Ecosystem)，由SigFox負責全球共同網(wǎng)絡運營和云平臺管理，然后通過當?shù)靥卦S網(wǎng)絡運營商SNO(SigFoxNetworkOperator)單一經(jīng)營者原則上負責提供服務，其經(jīng)營理念是“OneGlobe,OneNetwork.OneGlobe,OneContract.”，截至目前，信號已覆蓋46個國家和地區(qū)，預計到2018年底將達到60個國家和地區(qū)的網(wǎng)絡部署。

SigFox特別適用于資產(chǎn)跟蹤等跨國物聯(lián)網(wǎng)應用。SigFox臺灣經(jīng)營者優(yōu)納比(UnaBiz)在Computex2018年還邀請了多家發(fā)展公司SigFox解決方案的廠家展示相關(guān)服務。

Sigfox在不建立和維護網(wǎng)絡連接的情況下，首個全球物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡正在據(jù)，而無需建立和維護網(wǎng)絡連接。在無線連接的世界里，這種獨特的方法是沒有信令費、緊湊和優(yōu)化協(xié)議，而不依賴網(wǎng)絡。Sigfox提供了一種基于軟件的通信解決方案，所有的工作和計算的復雜性都是在云端進行的，而不是在設(shè)備上。所有這些都大大降低了能耗和連接設(shè)備的成本。

網(wǎng)絡部署

由于物聯(lián)網(wǎng)連接使用低數(shù)據(jù)速率，Sigfox網(wǎng)絡使用超窄帶，UNB技術(shù)。傳輸功耗水平很低，仍能保持穩(wěn)定的數(shù)據(jù)連接。Sigfox無線鏈路使用免授權(quán)的無線鏈路ISM射頻頻段。868的頻率因國家法規(guī)而異，但在歐洲被廣泛使用MHz，在美國是915MHz。Sigfox在農(nóng)村地區(qū)，網(wǎng)絡中單元的密度(基于平均距離)約為30-50km，在城市中，障礙物和噪聲之間的距離可能會降低到3-10km之間。整個Sigfox網(wǎng)絡拓撲是一種可擴展、高容量的網(wǎng)絡，能耗很低，基于星形單元的基礎(chǔ)設(shè)施保持簡單易部署。

SIGFOX全球網(wǎng)絡部署

根據(jù)官方數(shù)據(jù)，截至上半年Sigfox西班牙、法國、俄羅斯、英國、荷蘭、德國等29個國家建立了應用網(wǎng)絡，覆蓋170萬平方公里。

Sigfox網(wǎng)絡架構(gòu)

從上圖可以看出，Sigfox網(wǎng)絡架構(gòu)可分為三部分。中間部分SigfoxGateway和SigfoxCloud部分由Sigfox公司提供，即Sigfox網(wǎng)絡和Sigfox網(wǎng)絡服務器或設(shè)備管理服務器由網(wǎng)絡服務器管理Sigfox提供。左終端部分Sigfox則是開放的，與多個RF芯片公司與無線前端連接合作，為用戶提供更多RF芯片供應商的選擇，但終端必須滿足Sigfox網(wǎng)絡認證。右側(cè)是業(yè)務應用，包括應用服務器和Web客戶端或App等。

Sigfox的應用

從行業(yè)部分來看，Sigfox應用主要集中在工業(yè)、共用事業(yè)、農(nóng)業(yè)、公共部門等領(lǐng)域。根據(jù)用例，Sigfox應用主要集中在智能測量、智能跟蹤和溫度檢測上。

Sigfox中國第一個項目

2018年1月，“中法合作成都國際智能養(yǎng)老服務示范社區(qū)”Sigfox項目簽署。項目總投資約3億歐元Sigfox物聯(lián)網(wǎng)公司和KRG中國聯(lián)通提供物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標準和智能養(yǎng)老技術(shù)解決方案。KRG智慧養(yǎng)老公司針對獨居的老人及行動不便者開發(fā)了智能居家新一代遠程養(yǎng)老監(jiān)護系統(tǒng)，提供基于Sigfox新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠程協(xié)助解決方案可以觀察到上述人員可能處于危險狀態(tài)的下降、不適和其他異常行為。

LPWAN技術(shù)正在各自起飛

2018年是物聯(lián)網(wǎng)通信正式商業(yè)化的第一年，尤其是NB-IoT，根據(jù)資策會MIC研究表明，今年LPWAN該行業(yè)分析師曾巧靈指出，模塊市場將挑戰(zhàn)第一個1億規(guī)模NB-IoT多功能集成模塊的市場價格為10~大約15美元，對于需求大規(guī)模簡單的應用，成本壓力很大，不過下半年NB-IoT隨著越來越多的芯片和模塊制造商投資，模塊的價格逐漸下降到8~10美元的趨勢。

世界各地的電信運營商NB-IoT服務于2017年下半年陸續(xù)開業(yè)，市場推動力增強，2019年以后NB-IoT預計2021年模塊將高度增長LPWAN聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量將高達8億(圖1)，其中約7億是NB-IoT與eMTC這類授權(quán)頻段技術(shù)產(chǎn)品，授權(quán)頻段技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展最為強勁。

2017~2021年LPWAN網(wǎng)絡設(shè)備數(shù)量

另一個研究單位IHSMarkit預計到2021年，觀點也相當樂觀IoT網(wǎng)絡數(shù)量將超過10億。年復合增長率從2014年到2021年(CAGR)在政府的大力支持下，的大力支持下，中國三大運營商的物聯(lián)網(wǎng)連接從2014年的5350萬增長到2016年的1.中國政府希望在戰(zhàn)略上領(lǐng)導62億元NB-IoT工業(yè)發(fā)展也使中國成為全球NB-IoT火車頭和觀察指標的發(fā)展。

在非授權(quán)頻段LPWAN市場中，LoRaWAN據(jù)了解，2017年增長高于預期，Semtech的LoRa芯片出貨量超過1000萬顆，IHSMarkit預計LoRaWAN到2021年，網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量將增加到近3億。對于另一個星級LPWAN技術(shù)SigFox，IHSMarkit總的來說，NB-IoT現(xiàn)階段已成為物聯(lián)網(wǎng)通信的霸主，LoRa與SigFox早發(fā)的領(lǐng)先優(yōu)勢已逐漸消失，但在物聯(lián)網(wǎng)的高增長趨勢下，LoRa與SigFox積極尋求合適的領(lǐng)域和應用。

整體而言，NB-IoT它得到了全面的支持。事實上，它與去年的行業(yè)觀點一致。大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)通信制造商的投資方向也是如此NB-IoT一些雙方的制造商主要關(guān)注戰(zhàn)略重點NB-IoT，之前觀望的廠商還有更多，已經(jīng)決定投資。NB-IoT未來相關(guān)應用市場的發(fā)展是可以期待的。另外，LoRa與SigFox雖然受到NB-IoT強大的擠壓，但由于物聯(lián)網(wǎng)應用仍屬于增長市場，這兩種技術(shù)市場也在增長。也許在不久的將來，它也將集成在單一的物聯(lián)網(wǎng)模塊中LoRa或NB-IoT不同的無線網(wǎng)絡通信技術(shù)，如偏遠工廠LoRa在局域網(wǎng)絡中形成設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠縇TE整合多個工廠數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡整體分析。

LPWAN三大技術(shù)陣營的主要半導體供應商

總結(jié)

NB-IoT它不僅帶動了自身產(chǎn)業(yè)生態(tài)陣營的快速發(fā)展，也帶動了自身產(chǎn)業(yè)生態(tài)陣營的快速發(fā)展LoRa、Sigfox其他低功耗廣域網(wǎng)絡技術(shù)，特別是LoRa以此為基礎(chǔ)制定的廣域網(wǎng)規(guī)范LoRaWAN，在過去的一年里，國內(nèi)外從業(yè)者對LoRa并不陌生，而且有很多基礎(chǔ)LoRa物聯(lián)網(wǎng)應用案例已經(jīng)落地。

思科(Cisco)、IBM、阿里巴巴等巨頭支持LoRa，騰訊上個月也宣布加入騰訊LoRa騰訊云副總裁王慧星表示：“LoRaWAN我們認為它已經(jīng)實現(xiàn)了快速增長LPWAN市場上與NB-IoT高度互補。加入LoRa聯(lián)盟將使我們受到影響LoRaWAN通過與世界其他地方的技術(shù)開發(fā)，促進相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的應用LoRaWAN供應商建立密切的合作關(guān)系，加強我們的云業(yè)務。”

總的來說，LoRa與SigFox逐漸找到和NB-IoT未來兩年的發(fā)展重點應該是創(chuàng)造良好的消費者使用體驗，包括硬件終端芯片/模塊的降價、軟件服務的完善和便利，真正從正確的渠道加速起飛。

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