大范围距离通讯技术 NB-IoT与LoRa的区别

参考  https://zhuanlan.zhihu.com/p/30269454

物联网的无线通信技术很多，主要分为两类：一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z－wave等短距离通信技术；另一类是LPWAN（low－powerWide－AreaNetwork，低功耗广域网），即广域网通信技术。

物联网的快速发展对无线通信技术提出了更高的要求，专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的而设计的LPWAN也快速兴起。

物联网应用需要考虑许多因素，例如节点成本，网络成本，电池寿命，数据传输速率（吞吐率），延迟，移动性，网络覆盖范围以及部署类型等。NB－IoT和LoRa两种技术具有不同的技术和商业特性，也是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。这两种LPWAN技术都有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点，均适合低功耗物联网应用，都在积极扩建自己的生态系统。

NB－IoT、LoRa简述

NB－IOT（NarrowBandInternetofThings，NB－IoT，又称窄带物联网），是由3GPP标准化组织定义的一种技术标准，是一种专为物联网设计的窄带射频技术；LoRa（LongRange）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。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。

NB－IoT、LoRa使用频段

低频频段, 低频代表波长长, 穿透性和稳定强. 距离长但速度慢. 

NB－IoT使用了授权频段，有三种部署方式：独立部署、保护带部署、带内部署。全球主流的频段是800MHz和900MHz。中国电信会把NB－IoT部署在800MHz频段上，而中国联通会选择900MHz，中国移动则可能会重耕现有900MHz频段。

LoRa使用的是免授权ISM频段，但各国或地区的ISM频段使用情况是不同的。在中国市场，由中兴主导的中国LoRa应用联盟（CLAA）推荐使用了470－518MHz。而无线电计量仪表使用频段为470－510MHz。由于LoRa是工作在免授权频段的，无需申请即可进行网络建设，网络架构简单，运营成本也低。LoRa联盟正在全球大力推进标准化的Lo－RaWAN协议，使得符合LoRaWAN规范的设备可
以互联互通。
LoRa使用了2层安全, 网络层安全 NwkSKey 和应用层安全AppSKey. 数据使用AES加密保证安全传输. 
1. 终端入网一般采用 OTAA (over the air Activation), 需要DevEUI(设备唯一标识,类似MAC地址)/AppEUI(唯一应用标识)/AppKey.  终端发起入网Join流程后, 在发出入网命令,  服务器端确认无误后予以入网回复, 并分配 DevAddr 32bit. 双方使用入网交流的通讯内容和AppKey产生NwkSKey和AppSKey应用数据通讯的加解密.

NB－IoT、LORA的通信距离

NB－IoT通信距离：

移动网络的信号覆盖范围取决于基站密度和链路预算。NB－IoT具有164dB的链路预算，GPRS的链路预算有144dB，LTE是142．7dB。与GPRS和LTE相比，NB－IoT链路预算有20dB的提升，开阔环境信号覆盖范围可以增加七倍。20dB相当于信号穿透建筑外壁发生的损失，NB－IoT室内环境的信号覆盖相对要好。一般地，NB－IoT的通信距离是15km。

LoRa通信距离：

LoRa以其独有的专利技术提供了最大168dB的链路预算。一般来说，在城市中无线距离范围是1－2公里，在郊区无线距离最高可达20km。

NB－IoT、LoRa成本对比

LPWAN协议无论多强大都需要考虑其低成本，否则它们就不算可行的物联网解决方案。LoRa在这方面有优势。LoRaWAN模块的总体成本在8－10美元左右，约为NB－IoT等蜂窝LTE模块价格的一半。NB－IoT网络的复杂性越高，知识产权相关（授权频段方面）费用更高，提高了NB－IoT的总成本。NB－IoT升级到先进的4G／ LTE基站比LoRa通过工业网关或塔顶网关部署更昂贵。随着市场越来越成熟，LoRa技术的成本预计将进一步下降。

NB－IoT和LoRa目前都还处于发展的起步阶段，需要各方投入和共同发展。当大规模部署成为可能的时候，NB－IoT和LoRa的模组成本也会进一步降低。就技术方案而言，在短时间内，NB－IoT和LoRa肯定会并行，各有优点、各有缺点，很难说谁压倒谁；但是，如果受到技术方案以外的因素影响，比如赢利模式的创新，与应用行业的紧密结合，借助行业的影响力，那么什么都有可能。在新一波的物联网发展的行情中，先把项目落地，才有赢得先人一步的机会。NB－IoT和LoRa不仅仅需要产品的创新，更需要项目应用的创新。

一个 LoRaWAN Gateway 能带载多少个节点
参考 https://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/81133328

一个实用的 web 计算器
请链接：http://www.rimelink.com/pr.jsp（实用工具 / 网关容量计算）

 计算原理
2.1    输入 4 个变量
上报长度(Byte) = up_payload  ， 即 node -> server 的上报数据长度。
上报间隔(Sec) = up_interval , 即 node -> server 的上报时间。
下发长度(Byte) = down_payload，即 server -> node 的下发数据长度。
下发间隔(Sec) = down_interval，即 server -> node 的下发间隔。


2.2    固有 4 个常量
up_quotient = 0.8     ，即 节点上报通信成功率（经验值）。
package_meta = 13 Byte ，即 LoRaWAN 帧头和帧尾元数据长度。
gw_low_bw = 2344 bps，即 8 通道，每通道 SF12 的有效带宽。
gw_effect_bw = 5452 bps，开启 ADR 后，网关扩展 232.6%① 的有效容量。

推导公式
每个节点所需绝对带宽：
node_bw(bps) = (up_payload + package_meta) x 8 / up_interval

Gateway 下行通信所需绝对带宽：
down_bw(bps) = (down_payload + package_meta) x 8 / down_interval

Gateway 下行通信占空比，特别说明：SX1301 下行只有 1 通道。
down_quotient = down_bw / (gw_effect_bw / 8)

Gateway 有效带载节点数目
gw_throughput = gw_effect_bw / node_bw * up_quotient * (1 - down_quotient)