LoRa VS NB-IoT，一场物联网时代C位争夺战

图片来源@视觉中国

文 | 脑极体

我国5G商用已经一年多了，比起5G网络所带来的极致体验，我们对于西方世界因对5G网络的安全担忧所引发的一系列事件恐怕更加深有感触。

美国跳脚、英国退网，中国在5G技术的领先深深刺痛了这些不可一世的西方大国。而原本可以中立、透明发展的基础通信技术被他们赋予了太多国家政治博弈的信号。

在网络通信的另一个赛道——物联网领域，同样存在着两个备受瞩目的通信技术路线，也就是NB-IoT和LoRa通信路线的路线之争。在物联网井喷发展的过程中，NB-IoT和LoRa都有其各自的技术优势，都得到各自阵营的鼎力支持。

LoRa有着深厚的美国“血统”，拥有全球良好的“群众基础”，受到我国众多互联网企业的青睐；而NB-IoT是国际机构3GPP订立的物联网技术标准协议，也是我国大力推动的物联网标准，深受我国运营商的青睐。

围绕NB-IoT和LoRa孰优孰劣的争论，我们可以深入看到两个不同阵营各自的出发点。而在全球贸易可能脱钩、技术可能封禁的复杂博弈中，我们该如何看待我国物联网通信标准的技术路线的发展可能？

LoRa和NB-IoT的前世今生

“物联网”（IoT）概念的提出，其实已经有15个年头。2005年，国际电信联盟在信息社会世界峰会上提出“IoT”，将其视为继计算机、互联网之后的信息产业的第三次浪潮。

物联网的本质就是万物的互联互通，即将大量物理基础设施通过传感器等设备所产生的海量数据接入网络，进行数据的互联互通和分析应用，其中物联网的无线连接技术在其中发挥着基础性作用。

在现有的无线连接技术中，LoRa属于非运营商网络的长距离通讯解决方案，而NB-IoT也同属于长距离无线通讯解决方案，只不过是需要运营商建网的。

LoRa技术原型最早是由一家2009年创立的法国公司Cycleo开发，是一种扩频无线调制专利技术。2012年，Cycleo公司被美国Semtech公司以约500万美金收购。2013年8月，Semtech对外发布了一种新型的基于1GHz以下的长距离低功耗数据传输技术的芯片，也就是LoRa芯片。

为大力推广LoRa技术，Semtech在2015年2月联合Actility、思科和IBM等多家厂商共同发起创立国际LoRa联盟（LoRa Alliance），以扩张其技术生态。

现在，LoRa联盟在全球拥有超过500个会员，并在全球超过157个国家布置了LoRa 或 LoRaWAN，截至2020年1月在全球已部署LoRa网关更是高达 80 多万个，LoRa的连接节点超过 1.45 亿个。LoRa在全球范围持续高速增长，使其成为全球主流物联网的事实标准之一。

在中国，阿里巴巴、腾讯等互联网巨头是LaRa技术的积极推动者，作为LaRa联盟最高会员的两巨头试图以此争得物联网时代的宝贵门票；此外，中国铁塔也在2018年加入到LoRa联盟当中。

RoLa技术之前在中国发展的一大瓶颈在于，作为一种单独组网的通讯方案，其所使用的频段正好在工信部规定的民用无线电计量仪表使用频段。因为限定为单频点使用，不能用于组网应用，所以也就限制了LoRa技术取得合法通讯频段的资格。

不过，去年11月28日，工信部根据《中华人民共和国无线电管理条例》发布的52号公告称：“470-510MHz限在建筑楼宇、住宅小区及村庄等小范围内组网应用，任意时刻限单个信道发射。”这意味着，LoRa在有限制的条件下，正式拿到合法的通讯频谱，使得LoRa在国内变成了有法可依、有频段可用的通信网络。

用行内的话，就是给RoLa放出一条生路。

相比较RoLa的坎坷，NB-IoT一直以来就是我国主推的物联网技术标准，其发展可谓一路顺风顺水。上层有政府的产业政策支持，中间有三大运营商的全力投入，底层有华为的技术加持，使得NB-IoT成为我国物联网炙手可热的广阔市场。

数据显示，自2017年下半年我国NB-IoT开始规模商用至今，连接数已突破1亿大关。同时，截至2019年底，我国NB-IoT基站数已超70万座，实现全国主要城市、乡镇以上区域的连续覆盖。

今年5月7日，工信部印发《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，进一步明确了我国NB-IoT技术发展的重要定位，提出要建立NB-IoT（窄带物联网）、4G和5G协同发展的移动物联网综合生态体系。这一政策更加明确了我国发展物联网“新基建”的目标路线图。

刚刚拿到合法身份的LoRa和完全自主可控的NB-IoT，哪一个能站上物联网的C位呢？

LoRa VS NB-IoT的优劣之争

在全球拥有如此广阔人员和广阔发展前景的LoRa技术，到底有何“魅力”，从众多无线通信技术中突围的呢？

LoRa名字来源于“Long Range”的缩写，其最大优点就是长距离传输。除此之外，LoRa还有高灵敏度、超强抗干扰能力以及出色的系统容量，另外LoRa硬件还据长电池寿命、低成本等优势，这些正是物联网所需要具备的特点。

LoRa具有非常简单的网络架构，只需要在终端节点采集数据，然后把数据发送给网关基站，再汇总到网络服务器，最终送到应用服务器。

（LoRa组网简单示意图）

LoRa和NB-IoT的技术特点非常相似，都是低功耗、广覆盖，适合海量连接场景。其最主要的不同就是，NB-IoT是运营商建网和提供服务，而LoRa是自建网络。

LoRa的自建网络，对于国内一些愿意自建私网或者专网的企业而言就十分具有吸引力。像阿里、腾讯这些互联网企业，可以绕过运营商，根据自家应用的需要，规划和部署网络，可以根据现场环境的需要，针对终端位置合理部署基站。无论是扩展网络还是增强覆盖，都更加灵活和便利，同时目前在成本上花费更低。

在数据安全性上，由于LoRa技术继承了扩频技术的优点，可以在噪声下20dB调解，使得LoRa技术具有较好的隐蔽性和抗干扰能力，优于其他物联网通信技术。在数据传输方面，相对于使用公网技术的多中转传输，采用LoRa技术的企业，可以直接将数据存储在本地，因此传输过程中安全级别较高。此外，LoRa技术作为物理层的透传技术，数据加密算法选择性更多。用户可以在其网络层链路层架设自己的安全引擎，进行深度定制，或加入硬加密芯片，也可以根据实际应用需求进行加密，提高网络安全性。

在应用场景上面，技术以及LoRaWAN规范也因其灵活、低成本的优势，使得LoRa技术可以在智慧城市、智能水电表、智能停车场、行业和企业专用应用中实现快速灵活部署，像智慧农业、智能消防等更多的应用场景正在被开发出来。

此外，由于LoRa技术可以应用在各种不同的网络协议当中，因此有着广泛的产业生态。特别是LoRa联盟推动的低功耗广域网LoRaWAN标准化协议，使得各个国家LoRa网络是可以互操作的。

目前，LoRaWAN标准已建立起“LoRa芯片-模组-传感器-基站或网关-网络服务-应用服务”的完整生态链。阿里巴巴和腾讯在中国的LoRaWAN生态系统中起着举足轻重的作用，特别是阿里云开发的支持LoRa协议的LinkWAN物联网平台，可提供LoRa节点设备、LoRa网关等丰富的LoRa产品。

不过，相较于LoRa在中国的“野蛮生长”，NB-IoT是更大优势在于其标准统一、有序规划和规模发展。由于NB-IoT标准已经被冻结，另外有国家政策的支持，运营商可以在原有基站基础上低成本地大力推进NB-IoT网络的建设。预计到2020年底，我国将建设150万NB-IoT基站，发展超过6亿的NB-IoT连接终端数。

相比LoRa，NB-IoT在牺牲速率的基础上，换来了更低的功率消耗，采用简化协议，极大提升了终端的代际时间。在信号覆盖和设备连接上，也与LoRa不分伯仲。而由于大规模的建设和批量采购，NB-IoT模组在成本上的差距正与LoRa接近，未来有望降低至1美元以下。

因为根正苗红的出身，以及不逊色于LoRa的技术表现，NB-IoT技术得到了国内三大运营商和华为的积极支持，今年4月，华为和三家运营商共同举办了5G NB-IoT产业峰会，推动5G NB-IoT芯片市场的成熟发展和百亿规模的项目的加速建设。

自组VS自主：LoRa和NB-IoT的花开两朵

总体来看，LoRa的最大优势在于可以自组网络。企业可以自主运营，可以把运营数据掌握在自己手中；自主把控网络质量，根据业务需要扩展网络，对网络覆盖可快速优化补充。

因此，对于像阿里、腾讯这样有实力的企业，他们一方面又能力自建LoRa基站，一方面又能将核心的数据资产掌握在自己手中，也不会把潜力巨大的物联网市场完全让给电信运营商。

不过，LoRa技术中，LoRa芯片处在整个产业链中处于基础核心地位，目前美国Semtech公司是LoRa芯片的核心供应商，掌握着LoRa底层技术的核心专利。而Semtech的合作授权可以分为两种，一种是利用Semtech提供的LoRa晶圆做SiP封装芯片；另一种是获得LoRa芯片IP授权之后，其芯片厂商可以根据自己的需求设计芯片架构，自行增加片上各种外设，进行更多创新，在一定程度上形成具有自主知识产权的LoRa芯片，像阿里云在2018年就获得了LoRa的IP授权。

Semtech的美国背景，使得业界对于LoRa技术的中立性保持怀疑。尽管有人指出，中国使用的 LoRa 芯片是由Semtech AG研发和供应，而Semtech AG是位于瑞士这一中立国的，但看到如今美国政府无底线的长臂管辖，仍然难以消除Rola芯片的技术封锁的风险。

当然，我们看到这一可能性确实较小，因为我们并非离开Rola芯片和网络就不能搞好物联网。现在我国已经自主掌握NB-IoT较为完整的专利技术链条，极端情况下也不再会被别人卡脖子。自主可控，才是国家能够大力扶持NB-IoT的底气所在。

在回答LoRa和NB-IoT谁能主导未来我国的物联网发展的问题上，答案其实是毋庸置疑的。在国家的大力扶持、运营商的巨额投入和与5G的牢牢绑定中，NB-IoT几乎拿到打赢物联网万亿市场的几乎所有的好牌，而且还有不错的“牌技”。NB-IoT这些优势都不是LoRa可以相比的。

但是LoRa的开放生态、小而灵活的组网特点，决定其仍然拥有可占据优势的市场空间，可以成为NB-IoT市场的有力补充。在一个还有广阔市场的增量市场中，二者既是竞争关系，也会形成一种共生关系。

在物联网的下一个十年，我们将会看到一个无比繁荣的万物互联的新场景，而无数企业都将从NB-IoT和LoRa的网络中收获产业新机，而我们每个人也将从万物互联中获得种种便利服务和创新生活。

未来，NB-IoT和LoRa技术路线之争，可能已经并不太重要了。

LoRa智能组网芯片-快速上手指南与性能评测

致远电子LoRa智能组网芯片，单芯片具备无线通讯，信号采集，数据运算，数据处理和数据加密等功能，助力您打造一个小而美的无线通讯节点。

一、LoRa智能组网芯片简介

ZSL42x系列是致远电子自主研发的LoRa智能组网芯片。该产品集成无线收发器，超低功耗MCU，射频收发匹配电路和滤波电路。支持自组网透传协议、LoRaNET、LoRaWAN、LinkWAN、CLAA等软件组网协议。且芯片支持二次开发，拥有256K字节Flash，32K字节SRAM，45个通用IO口，多个SPI,IIC,UART数字接口，内置ADC,DAC等模拟外设，支持AES-256硬件加密。

图1 LoRa智能组网芯片功能框图

射频性能参数：

1.工作频段：470~510MHz

2.发射功率：可调，最大21dBm

3.接收灵敏度：-148dBm（速率0.024kb/s）, -125dBm（速率5.4kb/s）

4.休眠电流：0.9uA（最低电流），1.7uA（RAM保存，运行协议栈）

5.接收电流：4.3mA（MCU内核休眠）

6.发射电流：108mA（21dBm发射），65mA（17dBm发射）

图2 ZSL42x系列LoRa智能组网芯片

二、如何快速完成一包数据的收发？

ZSL420-EVB是为用户快速上手开发ZSL42x系列LoRa芯片而设计的一款评估套件，搭配致远电子WirelessCfg上位机配置工具，可以快速实现芯片的参数配置、功能验证和性能测试。ZSL420-EVB出厂默认使用的是自组网透传协议，支持AT指令操作，上手最简单。

以下为大家介绍的是最基础的数据收发操作，如需了解更多功能的使用方法，请前往我司官网或在公众号后台询问详细开发手册。

图3 ZSL420-EVB评估套件

1、设备连接

选择1块评估板1，通过USB转串口接口与PC连接，打开WirelessCfg配置工具，选择LoRa设备类型，选择正确的串口号，打开串口后连接设备即可。

图4 连接设备

2、设备配置

要使用评估板实现简单的点对点通信，只需要将两个节点的本地地址与目标地址交叉，并为他们配置相同的速率等级和通道号，修改后保存配置即可。可参考下图配置进行修改后保存。

图5 设备配置

3、远程添加设备

配置成功后，将评估板2上电，在配置工具中选择添加远程设备，通道和工作速率设置成与远程设备一致，设置合适的搜索时间，最后点击搜索即可查询到在线的远程设备。

图6 添加远程设备

搜索到远程设备后，双击远程设备，修改PanID、速率等级和通道号与评估板1相同，本地地址和目标地址与评估板1交叉，点击保存后，即可实现点对点的无线数据传输。

如需使用自组网、远程升级等高级功能，可前往我司官网或在公众号后台询问详细开发手册资料。

三、LoRa智能组网芯片实测数据

一般情况下，使用LoRa用户最关心的两个参数是“通信距离”与“功耗”，针对这两项参数我司也单独进行了测试，下面是测试方案及结论。

1、功耗测试

评估板预留有电流测试接口，将万用表或者电流探头接入电流测试接口即可测量芯片的电流消耗，以休眠电流为例，将跳线帽拔出后，按下休眠按键进入休眠模式，即可测量休眠电流，实测总消耗电流1.7uA。

图7 休眠电流数据

2、距离测试

在WirelessCfg配置工具的距离测试功能中，可以对两个节点进行拉距测试，开始测试后会持续收发数据，配置工具中将记录发包数、收包数等信息。

图8 开始通信测试

我们选取了最常见的在城市道路进行测试，配置速率等级6，实测在2.4km距离下能够正常通信，满足丢包率小于1%的要求。

实测环境道路中间有树木和车辆遮挡，在空旷环境下效果会更佳。

图9 拉距测试实际环境

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