LoRaWAN 与 NB-IoT：它们有何不同？

2024 年 3 月 19 日
物联网基础

物联网正在蓬勃发展，LoRaWAN 与 NB-IoT 是两大引领潮流的低功耗广域网 (LPWAN) 巨头。这些长距离、低带宽的无线技术现在听起来可能有些令人困惑，但它们却是解锁物联网强大功能的关键。

无论您是想在庞大的仓库中追踪资产、监测农场的环境状况，还是构建庞大的智慧城市网络，LoRaWAN 和 NB-IoT 都能满足您的需求。当然，还有其他无线方案，例如Zigbee 和蓝牙，但它们的传输距离和电池续航时间都无法与这些低功耗广域网 (LPWAN) 相媲美。我们说的是一次充电即可运行数年！

因此，无论您选择哪个团队——LoRaWAN 的开放标准还是 NB-IoT 的蜂窝技术——您都将准备好被它们的出色表现所震撼。

LoRaWAN 和 NB-IoT 概述

LoRaWAN 和 NB-IoT 都是 LPWAN 技术，但它们的工作原理截然不同。LoRaWAN 使用非授权频谱和专有扩频调制，而 NB-IoT 利用授权 LTE 频段和窄带 4G 蜂窝网络。为了真正理解这两个选项的比较，我们需要定义 LoRaWAN 和 NB-IoT 的工作原理。

什么是LoRaWAN

LoRaWAN 是由 LoRa 联盟为低功耗、电池供电的物联网设备设计的一种低功耗广域网络协议。它采用 LoRa 物理层，该物理层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、数据认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，每个设备都会产生少量的 LoRa 芯片组费用。

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便方法，同时满足低功耗、长距离、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）是由 3GPP 开发的蜂窝标准，旨在为物联网设备提供低功耗、广域网络连接。该标准经过优化，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穿透能力。

与非授权的 LoRaWAN 协议不同，NB-IoT 在移动运营商拥有的授权蜂窝频谱上运行。这种授权方式旨在提供更可靠、互操作性更强的用户体验，尽管与非授权的 LPWAN 技术相比，其长期成本更高。

NB-IoT 在 3GPP Release 13 中完成标准化，可以带内、保护带或独立部署，无需像 LoRaWAN 那样使用网关。NB-IoT 设备可直接连接到蜂窝基站。

NB-IoT 采用嵌入式 SIM (eSIM) 的趋势日益增长，根据 GSMA Intelligence 的数据，83% 的组织认为它对于物联网至关重要。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：逐个功能比较

LoRa 和 NB-IoT 是领先的 LPWA 协议，它们具有一些共同的特性，例如超长的电池寿命、广泛的覆盖范围和经济高效。尽管 NB-IoT 和 LoRa 标准之间有着惊人的相似之处，但它们之间也存在着显著的区别：

范围和覆盖范围

LoRaWAN 利用网关提供远距离覆盖，每个网关半径可达 5-15 公里，非常适合农村/偏远地区以及移动资产追踪。其地理定位并非基于 GPS。

NB-IoT 采用蜂窝网络架构，每个基站的覆盖半径为 2-3 公里。它需要密集部署基站才能实现广域覆盖，但在现有 4G 基础设施的室内/城区效果更佳。NB-IoT 使用 GPS 提供地理定位服务。

带宽和数据速率

NB-IoT 拥有显著优势，凭借其先进的设计，在 LTE 上提供 180 kHz 带宽（在 4G 上更高），数据速率高达 200 kbps。相比之下，LoRaWAN 的带宽限制为 125、250 和 500 kHz，最高速率为 50 kbps。NB-IoT 的授权频谱和强大的 MAC 层还能更好地抵御噪声和干扰。

延迟

LoRaWAN 优先考虑延长物联网设备的电池续航时间，但这是以高延迟为代价的。相比之下，NB-IoT 作为一项蜂窝技术，通过频繁“签入”网络来降低延迟。这使得 NB-IoT 成为需要更高响应速度通信的物联网用例的更佳选择。

网络拓扑结构

LoRaWAN 采用星型拓扑结构，终端设备直接与网关通信，网关再将数据中继到中央网络服务器。相比之下，NB-IoT 采用蜂窝网络拓扑结构，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，但关键区别在于 LoRaWAN 使用网关作为中介，而 NB-IoT 则采用设备到基站的直接连接模式。

成本和服务质量 (QoS)

LoRaWAN 在免授权 ISM 频段运行，可降低部署和设备成本。NB-IoT 在授权蜂窝频段运行，需要运营商支付高额的许可费以提高频谱效率。这种特权访问可确保卓越的质量和安全性，但需要为支持物联网而扩展 LTE 基础设施，成本高昂。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——这是一项由蜂窝运营商的专属域提供的优质服务。

部署状态

截至2024年，LoRaWAN已在全球范围内拥有广泛的覆盖，在181个国家拥有超过170家运营商。据GSMA统计，NB-IoT则在区域市场表现更为强劲，在64个国家拥有124家运营商的部署，主要集中在亚洲和欧洲。LoRaWAN在2022年芯片组出货量方面领跑，达到65.9万片，而NB-IoT则占22.4万片，预计到2027年，所有芯片组的出货量将以每年20%的速度增长。

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	NB-物联网
授权频谱	没有	是
生态系统	LoRa联盟	3GPP
覆盖范围	5-15公里	1-10公里
数据传输速率	降低	更高
延迟	高	低
能量消耗	非常低	低
支持设备移动性	是	有限
允许专用网络	是	没有
漫游	受限	是
Cost	对于本地化部署来说较低	更高，利用现有的蜂窝网络

LoRaWAN 和 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。让我们来探讨一下 LoRaWAN 和窄带物联网的突出优缺点：

LoRaWAN的优点：

– 无与伦比的远程能力（最远可达 15 公里）

– 极低功耗，电池寿命超过10年

– 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

– 服务质量和优先级管理有限

– 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覆盖

– 增强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

– 依赖蜂窝运营商和基础设施

– 覆盖范围较短，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。一些常见的应用场景包括：

智能农业和精准农业（土壤、牲畜追踪、微气候）
智能公用设施（水、暖、气、电）
智能建筑（室内空气质量、占用率、计量、泄漏检测）
智慧城市（停车、街道照明、废物管理、噪音水平、交通信号灯、车队的管理)
智慧工业（工业设备健康监测、节能

另一方面，NB-IoT更适合需要更高数据速率、更高质量服务和更广覆盖范围的应用。一些潜在的应用场景包括：

智能公用事业监控，实时数据传输（电力、天然气、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（预测性维护、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（货物追踪、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 简单地归类为互补或竞争关系未免过于简单。它们的用例在某些领域可能存在重叠，但基于各自的优势，它们各自更适合不同的场景。

LoRaWAN 在没有蜂窝网络覆盖的农村和偏远地区大放异彩。其远距离、免授权频谱、低功耗以及经济高效的私有部署是其关键优势。但它在城市地区也同样适用——它可以处理智能公用事业、楼宇、工业物联网等各种应用。其非 GPS 地理定位功能也非常适合电池受限的移动用例，例如供应链和运输跟踪。

另一方面，NB-IoT 利用现有的 4G/LTE 基础设施，提供可靠、更高带宽的连接，非常适合实时、任务关键型物联网应用。这使得它非常适合智慧城市、车联网和工业用例，尤其是在城市地区。然而，其较高的部署成本和对耗电 GPS 的依赖，可能会在没有蜂窝网络覆盖的农村地区造成限制。

选择取决于覆盖范围、带宽、功率限制、移动性和成本等需求。与其非此即彼，不如基于优势进行战略部署，从而在各种用例中构建强大的物联网生态系统。

Sigfox 怎么样

Sigfox 是另一家主要的 LPWAN 厂商，正与 LoRaWAN 和 NB-IoT 争夺物联网连接领域的主导地位。它采用非授权频谱中的超窄带技术。其突出优势在于：简单、低功耗、低成本，非常适合偶尔需要发送小数据突发的应用。目前，Sigfox 的普及程度可能落后于 LoRa 和 NB-IoT，但其应用范围已覆盖 70 多个国家/地区。对于需要可靠全球覆盖的物流和供应链跟踪来说，Sigfox 是一个不错的选择。Sigfox 的优势在于其便捷的设置、长达数年的电池续航时间以及经济实惠的价格。它几乎可以在任何位置传输微小数据包——而这是其更高数据速率的 LPWAN 竞争对手所不具备的能力。