物联网新兴技术lora和nbiot比较分析.docxVIP

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低功耗物联网通信技术LoRa与NB-IOT的比较与分析 随着物联网技术的快速发展,LPWA技术迅速兴起。物联网提供了一个更好的解决方案来处理大量的设备不断发展的基础要,如覆盖范围,可靠性,延迟,低功耗,大范围(LPWA)技术瞄准这些新兴应用和市场。LPWA即是能够以更低的成本点和更好的功耗实现广域通信。许多LPWA技术如TE-M,SigFox,长距离(LoRa)和窄带(NB)-IoT等技术相继出现。其中LoRa和NB-IoT这两种技术最为热门。可以从物理特性、网络结构、Mac协议和实际应用需求(服务质量(QoS),电池寿命和延迟,网络覆盖范围,部署模型和成本等)几个方面进行比较。 物理特性 LoRa在1GHz以下的非授权频段内运行,用于长距离通信链路操作。采用的是扩频调制技术,通过用扩频因子对信息进正交分解传输。 NB-IoT是由3GPP作为版本13的一部分而建立的一项新的物联网技术。采用QPSK调制,被集成到LTE标准中,为了降低设备成本,降低电池消耗,保持尽可能简单,从而消除了LTE的许多特性,包括切换,测量以监测信道质量,载波聚合和双连接。具体的特性对比如下表1所示: 表1 LoRa与 NB-IoT基本参数比较图 参数 LoRa NB-IOT 频段 免费的470MHz 授权的800MHz、900MHz 调制方式 CCS QPSK 带宽 125kHz-500KHz 180KHz 数据速率 290 bps-50 Kbps 234.7 kbps 链路预算 154dB 150dB 电源效率 很高 中等偏上 传输距离 城区1~2Km 取决于基站密度和链路预算。 区域覆盖能力 取决于网关类型 每户40台设备,每个单元55k个器件 抗干扰性 很高 低 峰值电流 32mA 120~300mA 休眠电流 1uA 5uA 标准化 De-facto Standard 3GPP Rel.13 2、网络架构 LoRaWAN定义了通信协议和系统架构,而LoRa定义了物理层。LoRaWAN采用长距离星型架构,其中网关用于在终端设备和中央核心网络之间中继消息。在LoRaWAN网络中,节点不与特定网关关联。相反,节点传输的数据通常由多个网关接收。每个网关将通过一些回程(蜂窝,以太网,卫星或Wi-Fi)将收到的数据包从终端节点转发到基于云的网络服务器。如图1所示: 图1 LoRa WAN与应用服务器和网络服务器的网络架构,与基站和EDs连接 NB-IoT核心网基于演进分组系统(EPS),定义了蜂窝物联网(CIoT)的两个优化,用户平面CIoT EPS优化和控制平面CIoT EPS优化。对于上行和下行数据,两架飞机都选择最佳的控制和用户数据包路径。所选平面的优化路径对于移动台产生的数据包是灵活的。NB-IoT用户的小区接入过程与LTE类似。演进的UMTS陆地无线接入网(E-UTRAN)在控制平面CIoT EPS优化上处理UE与MME之间的无线电通信,并且由称为eNodeB或eNB的演进型基站组成。然后,通过服务网关(SGW)将数据发送到分组数据网络网关(PGW)。对于非IP数据,它将被转移到新定义的节点服务能力暴露功能(SCEF)中,该功能可以在控制平面上传送机器类型数据,并提供服务的抽象接口。通过用户面CIoT EPS优化,IP和非IP数据都可以通过无线承载通过SGW和PGW传输到应用服务器。如图2所示: 图2 NB-IoT网络架构 两者相比,对于NB-IoT,现有的E-UTRAN网络架构和骨干网可以重复使用。LoRaWAN网络架构比较简单,但是网络服务器比较复杂。 3、MAC协议 LoRaWAN网络中的终端节点可以根据网络下行链路通信等待时间与电池寿命之间的折衷分为三个不同的设备类别,如图 3所示。另外,为这三个设备类别设计了三种不同的MAC协议,如图 4所示。A类终端设备是电池供电的传感器。它具有最长的电池寿命,并且必须得到所有其他设备的支持。A类功能 见图4(a),第一个接收窗口[R×1在上行链路调制结束后1秒恰好接收到延迟。第二个插槽[R×2在上行链路调制结束之后恰好接收到延迟2秒。接收器保持有效,直到下行链路帧被解调。B类终端设备是电池供电的执行器。所有终端设备作为A类终端设备启动并加入网络,然后决定切换到B类。如图 4(b)所示,网关发送定期信标延迟的信标,以同步网络中的所有终端设备。当终端设备接收到信标时,可以在周期性时隙期间可预测地打开称为“ping时隙”的短接收窗口。C类终端设备是主要的动力执行器。与其他两个类别相比,它具有下行链路通信中的最小延迟。对于 图8中的?C类设备(c)中,终端设备不仅打开两个接收窗口作为A类,而且打开一个连续的接收窗口,直到传输结束。这些类设备用于具有足够功率的应用,因此不需要最小化接收时间窗。 图3

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