做物联网无线开发，不知道这几种技术对比怎么行?
发布时间：2017-11-24物联网，物物相连，无线技术的迅速发展为物体之间的信息互通提供了技术支撑，在物联网的普及过程中，无线技术将扮演着越来越重要的角色。本文通过常见的几种lpwan无线通讯技术(nb-iot/emtc/lora)对比，探讨物联网大势下的无线技术各自的特点和应用场景。
nb-iot
nb-iot全称为narrow band-internet of things，窄带物联网，nb-iot属于物联网范畴的一种技术。是由华为主导，并已成为3gpp标准的lpwa技术。nb-iot基于现有蜂窝网络的技术，可以通过升级现网来快速支持行业市场需求，成为gul网络上的第四种模式。同时，nb-iot还具有覆盖广(能覆盖到地下)、电池寿命长(超过十年)、成本低(每个模块不足5美元)、容量大(单个小区能支持10万连接)四大能力。
技术优势
nb-iot具备四大特点:
一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，nb-iot比现有的网络增益20db，相当于提升了100倍覆盖区域的能力;
二是具备支撑海量连接的能力，nb-iot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;
三是更低功耗，nb-iot终端模块的待机时间可长达10年;
四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。
nb-iot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。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。nb-iot使用license频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存。
应用场景
nb-iot最常应用于智能水表、智能停车、宠物智能跟踪三大典型应用场景，在nb-iot的后期规划中，还会涉及到智能自行车、智能烟雾检测器、智能垃圾桶、智能路、智能售货机等方面。
面临的挑战
第一，互操作和一致性问题。2015年，nb-iot的主要成员，包括沃达丰、爱立信、telefonica和gsma开展了面向nb-iot设备的简单的互操作和一致性认证试验。沃达丰还在英国纽伯里建立了专用nb-iot实验室，2016年下半年在德国杜塞尔多夫继续开放进一步的实验室研究。
第二，部署和长期支持。nb-iot部署的最大问题是时间和成本，85%的企业基站可支持nb-iot，只需进行软件的升级，但对基站陈旧的网络运营商，则需对硬件进行升级。这将导致nb-iot网络建设的成本增加和时间消耗。另一个问题是全球m2m漫游。理论上，运营商需支持三种标准，分别是:cat-m，ec-gsm，nb-iot，以及gprs。
第三，应用和商业模式。为了建立nb-iot应用和商业模式，移动通信行业需要尽快建立金沙js1005线路的合作伙伴生态圈。例如:德国电信已在柏林和波兰的克拉科夫建立了nb-iot原型枢纽，这些枢纽被纳入孵化器中，为开发者提供快速学习的环境，激励新的商业模式思考、缩短产品市场化的时间。
第四，与lpwan(低功耗广域物联网)技术的竞争。lora和sigfox已被证明是重要的发展技术，其中，sigfox已在24个国家投入使用，lora继续在一些国家、专网和社区网建设中使用。由于nb-iot在近期内不会大规模部署，其它技术竞争者仍有机会确定自己的市场定位。
目前，nb-iot的市场普及在各国间存在差异。在许多国家，潜在的运营商可能面临来自非移动lpwan网的强有力竞争。例如，在荷兰，kpn已建立了国家lora网，在这种情况下，它可能不太会采用nb-iot。
第五，确定正确的市场进入战略。lpwan的应用具有在非常规的间隔中发送小数据有效载荷的特性。潜在的用户可能需要更多低价值的服务。在这种情况下，nb-iot运营商需要开发相应的战略，应对这样的市场需求。主要策略包括:建立市场与品牌间的平衡;扩大市场占有率，不仅限于传统的m2m业务;在低端市场避免成本价格战，侧重于可控制价格溢价的应用;探索新商业模式以创造价值，加强垂直行业合作。
第六，定价计划的设计，主要是物联网数据计划。目前，运营商仍在尝试中。例如:韩国电信最近推出覆盖全国的lora网，推出6种数据计划，每一计划对应于使用不同频段的数据应用。它的定价模式是:lora的数据计划价格只相当于基于lte的物联网业务的十分之一。在拥有lora或sigfox业务的国家，nb-iot的资费不得不保持合理的竞争区间。而在英国，由于没有国家lpwan网络，nb-iot运营商在设计定价结构时，会有更多回旋余地。
此外，低速数据传输、隐私和安全、it系统的转换时间等问题，都将限制其发展。
emtc
lte-m，即lte-machine-to-machine，是基于lte演进的物联网技术，在r12中叫low-cost mtc，在r13中被称为lte enhanced mtc，即emtc，旨在基于现有的lte载波满足物联网设备需求。emtc基于蜂窝网络进行部署，支持上下行最大1mbps的峰值速率，属于物联网中速率，其用户设备通过支持1.4mhz的射频和基带带宽，可以直接接入现有的lte网络。
技术优势
窄带lte其中最主要的几个特性。
第一，系统复杂性地大幅度降低，复杂程度及成本得到了极大的优化。
第二，功耗极度降低，电池续航时间大幅度增强。
第三，网络的覆盖能力大大加强。
第四，网络覆盖的密度增强。
emtc具备lpwa基本的四大能力:一是广覆盖，在同样的频段下，emtc比现有的网络增益15db，极大地提升了lte网络的深度覆盖能力;二是具备支撑海量连接的能力，emtc一个扇区能够支持近10万个连接;三是更低功耗，emtc终端模块的待机时间可长达10年;四是更低的模块成本，大规模的连接将会带来模组芯片成本的快速下降，emtc芯片目标成本在1~2美金左右。
应用场景
应用在智能物流中，具有防盗、防调换、实时温度传感和可定位优势，能够实时监控及定位，将信息记录及上传，可以对行驶轨迹查询;在智能可穿戴设备中，可支持健康监测、视频业务、数据回传和定位;依靠目前的蜂窝网交互屏幕，提供包括智能充电桩、候机宝、电梯卫士、智能公交站牌、公共自行车管理等方面的应用场景。
面临的挑战
emtc与nb-iot的典型特性差异在于，emtc终端工作带宽可以达到1.08mhz，远远高于nb-iot终端的200khz，因此，emtc终端的峰值速率远远高于nb-iot终端。基于上述特征，业界普遍认为emtc技术能够提供较为低廉的volte终端方案，并能够具备较好的业务质量，但通过详细的技术分析，采用emtc金沙js1005线路的技术支持语音业务或提供语音金沙js1005线路的解决方案，实际效果可能难以乐观。
低功耗特征
为了能够在电力供应受限环境中提供物联网服务，像nb-iot一样，emtc也将低功耗作为系统设计目标，期望能够基于较小容量的电池，支持终端10年免维护，并且与nb-iot一样采用了edrx(extended discontinuous reception)和psm(power saving mode)两种节电技术。
对于典型的低频次物联网业务，比如自动抄表类，由于业务频次非常低，采用这两种技术可以让终端长期处于休眠状态，只在需要进行数据传输的时候进行工作，因此可以非常节电，但这种良好的节电效果只对频次较低的业务有效，对于volte业务而言，终端需要经常监听网络寻呼，以及时响应到达的呼叫，所以无法采用edrx和psm技术的节电机制。
大连接特征
万物互联的要求，需要物联网技术能够服务海量的终端，为此3gpp设计了cp(control plane)优化与up(user plane)优化两种空口技术优化方案，对于小包传送的物联网业务，可以节省大量的空口信令，提升传输效率。但对于volte语音业务，是无法采用cp及up优化方案提升容量的，因此emtc对于volte不具有提升容量的能力。
广覆盖特征
考虑到有些物联网终端往往处于建筑物内部的较深位置，典型的比如水表，所处环境往往信号非常微弱，emtc设计了重复技术以增强覆盖，通过上、下行无线信号的重复，可以在接收端累积信号能量，从而增强覆盖。但正是由于无线信号的重复，造成平均业务速率降低，也就是说，这种覆盖增强技术是以业务速率降低为代价换取的，所以，对于volte这种需要一定速率保障的业务而言，emtc的覆盖增强技术没有带来任何好处。
低成本emtc终端方案
emtc终端(芯片)的低成本方案主要包括:较小工作带宽，emtc终端的工作带宽为1.08mhz，这种工作带宽虽然比nb-iot更高，但相较于普通lte终端却低了许多，能够降低器件价格以及芯片计算能力要求，从而降低总体价格;较低的峰值速率，相对lte而言，较低的峰值速率降低了芯片计算能力和buffer要求，从而降低芯片价格;单终端接收天线，降低射频器件成本;半双工方案，可以省下终端射频的双工器，从而降低终端的成本。
lora
lora是lpwan通信技术中的一种，是美国semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。
lora网络构成
目前，lora主要在全球免费频段运行，包括433、868、915 mhz等。lora技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本的特性。lora网络主要由终端(可内置lora模块)、网关(或称基站)、server和云四部分组成。应用数据可双向传输。
技术优势
按需部署:lora可以根据应用需要，规划和部署网络、根据现场环境针对性放置基站/网关、更容易做到无缝覆盖，而改善覆盖质量还可以降低功耗，提高系统容量、个人，企业或机构可部署，并且可以满足安全需求，数据也可私有。
轻量级:相比于其他的lpwan技术协议，lora的系统复杂度更低，硬件实现简单，对资源要求较低，轻量级的lorawan协议，软件实现简单，部署实施简单。
低成本:lorawan模块量产，价格已经在usd5以下，并逐渐接近2g模块价格，室外型基站已低至usd500左右，室内型usd100，从国外运营商来看，lora月租可达emtc月租的1/5~1/10甚至更低。
应用场景
lora技术非常适用于要求功耗低、距离远、大量连接以及定位跟踪等的物联网应用，如智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市、智慧社区等等应用和领域。
面临的挑战
城市级网络覆盖:lora没有运营商的支出，布网方面先天弱势。
频谱资源:lora采用免费频段，可能存在干扰问题，尽管lora本身抗干扰能力强，lorawan协议本身也有规避干扰的措施。但物理干扰难于完全避免。
应对措施:去碎片化，建设统一的广域网网，络共建，资源共享。同时需要做到更轻量级,更低成本，lorawan模块的成本需要向2g模块的成本看齐，甚至向wifi模块靠近。
总结:每种技术都有特点和优势，满足不同的诉求和市场，多lpwan技术将百花齐放，共生共存。
