LoRaWAN 與 NB-IoT：它們有何不同？

2024 年 3 月 19 日
物聯網基礎

物聯網正在蓬勃發展，LoRaWAN 與 NB-IoT 是兩大引領潮流的低功耗廣域網路 (LPWAN) 巨頭。這些長距離、低頻寬的無線技術現在聽起來可能有些令人困惑，但它們卻是解鎖物聯網強大功能的關鍵。

無論您是想在龐大的倉庫中追蹤資產，監控農場的環境狀況，還是建立龐大的智慧城市網絡，LoRaWAN 和 NB-IoT 都能滿足您的需求。當然，還有其他無線選項，例如 Zigbee 和藍牙但它們的覆蓋範圍和電池壽命都比不上這些 LPWAN。我們說的是一次充電就能使用數年！

因此，無論您選擇哪個團隊——LoRaWAN 的開放標準還是 NB-IoT 的蜂窩技術——您都將準備好被它們的出色表現所震撼。

LoRaWAN 和 NB-IoT 概述

LoRaWAN 和 NB-IoT 都是 LPWAN 技術，但它們的運作方式截然不同。 LoRaWAN 使用非授權頻譜和專有擴頻調製，而 NB-IoT 利用授權 LTE 頻段和窄帶 4G 蜂窩網路。為了真正理解這兩個選項的比較，我們需要定義 LoRaWAN 和 NB-IoT 的工作原理。

什麼是LoRaWAN

LoRaWAN 是由 LoRa 聯盟為低功耗、電池供電的物聯網設備設計的一種低功耗廣域網路協定。它採用 LoRa 物理層，該物理層是一種專有的擴頻調製技術，源自於 Semtech 專利的線性調頻擴頻 (CSS) 技術。

LoRaWAN 規範定義了一種安全的雙向通訊協議，具有端對端加密、資料認證和行動性支援等功能。 LoRaWAN 網路需要網關將終端設備連接到互聯網，每個設備都會產生少量的 LoRa 晶片組費用。

LoRaWAN 旨在提供一種將物聯網「事物」連接到區域、國家或全球網路的簡單方法，同時滿足低功耗、長距離、在地化服務和安全通訊等關鍵物聯網要求。

什麼是NB-IoT

NB-IoT（窄頻物聯網）是由 3GPP 開發的蜂窩標準，旨在為物聯網設備提供低功耗、廣域網路連接。該標準經過最佳化，可為固定物聯網感測器和儀表提供廣泛的覆蓋範圍和增強的室內穿透能力。

與非授權的 LoRaWAN 協定不同，NB-IoT 在行動電信商擁有的授權蜂窩頻譜上運作。這種授權方式旨在提供更可靠、互通性更強的使用者體驗，儘管與非授權的 LPWAN 技術相比，其長期成本更高。

NB-IoT 在 3GPP Release 13 中完成標準化，可以帶內、保護帶或獨立部署，無需像 LoRaWAN 那樣使用網關。 NB-IoT 設備可直接連接到蜂窩基地台。

NB-IoT 採用嵌入式 SIM (eSIM) 的趨勢日益增長，根據 GSMA Intelligence 的數據，83% 的組織認為它對物聯網至關重要。 eSIM 允許配置支援「空白」SIM 的物聯網設備，以簡化全球連接。

LoRaWAN 與 NB-IoT：逐一功能比較

LoRa 和 NB-IoT 是領先的 LPWA 協議，它們具有一些共同的特性，例如超長的電池壽命、廣泛的覆蓋範圍和經濟高效。儘管 NB-IoT 和 LoRa 標準之間有著驚人的相似之處，但它們之間也存在著顯著的差異：

範圍和覆蓋範圍

LoRaWAN 利用網關提供遠距離覆蓋，每個網關半徑可達 5-15 公里，非常適合農村/偏遠地區以及行動資產追蹤。其地理定位並非基於 GPS。

NB-IoT 採用蜂巢式網路架構，每個基地台的覆蓋半徑為 2-3 公里。它需要密集部署基地台才能實現廣域覆蓋，但在現有 4G 基礎設施的室內/城區效果更佳。 NB-IoT 使用 GPS 提供地理定位服務。

頻寬和數據速率

NB-IoT 擁有顯著優勢，憑藉其先進的設計，在 LTE 上提供 180 kHz 頻寬（在 4G 上更高），資料速率高達 200 kbps。相比之下，LoRaWAN 的頻寬限制為 125、250 和 500 kHz，最高速率為 50 kbps。 NB-IoT 的授權頻譜和強大的 MAC 層還能更好地抵禦雜訊和乾擾。

潛伏

LoRaWAN 優先考慮延長物聯網設備的電池續航時間，但這是以高延遲為代價的。相比之下，NB-IoT 作為一項蜂窩技術，透過頻繁「簽入」網路來降低延遲。這使得 NB-IoT 成為需要更高響應速度通訊的物聯網用例的更佳選擇。

網絡拓撲結構

LoRaWAN 採用星型拓樸結構，終端設備直接與網關通信，網關再將資料中繼到中央網路伺服器。相較之下，NB-IoT 採用蜂窩網路拓撲結構，設備直接連接到基地台，利用現有蜂窩基礎設施的網狀網路架構。雖然基本網路架構相似，但關鍵區別在於 LoRaWAN 使用網關作為中介，而 NB-IoT 則採用設備到基地台的直接連接模式。

成本和服務品質 (QoS)

LoRaWAN 在免授權 ISM 頻段中運行，可降低部署和設備成本。 NB-IoT 在授權蜂窩頻段運行，需要運營商支付高額的許可費以提高頻譜效率。這種特權存取可確保卓越的品質和安全性，但需要為支援物聯網而擴展 LTE 基礎設施，成本高昂。 LoRaWAN 以低廉的價格滿足本地化、低功耗部署的需求，而 NB-IoT 則提供無縫的可靠性和覆蓋範圍——這是由蜂窩運營商的專屬域提供的優質服務。

部署狀態

截至 2024 年，LoRaWAN 已覆蓋全球 170 個國家/地區，擁有超過 181 家業者。據 GSMANB-IoT 的區域發展勢頭強勁，目前已有 124 家營運商在 64 個國家部署，主要分佈在亞洲和歐洲。 LoRaWAN 晶片組出貨量領先，達到 2022 萬台，而 NB-IoT 晶片組出貨量為 65.9 萬台，預計總出貨量將成長每年 20%n到 2027 年.

LoRaWAN與NB-IoT比較圖

下面的比較圖突顯了 LoRaWAN 和 NB-IoT 在不同參數方面的主要差異。

	廣域網	窄帶物聯網
授權頻譜	沒有	可以
生態系統	勞拉聯盟	3GPP
覆蓋範圍	5-15 km	1-10 km
數據速率	降低	更高
潛伏	高	低
電源消耗功率	非常低	低
支援設備移動性	可以	有限
允許專用網路	可以	沒有
漫遊	受限	可以
價格	對於本地化部署來說較低	更高，利用現有的蜂窩網絡

LoRaWAN 和 NB-IoT 的優缺點

雖然 LoRaWAN 和 NB-IoT 在低功耗廣域網路技術方面有一些相似之處，但它們在幾個關鍵方面存在顯著差異。讓我們來探討 LoRaWAN 和窄頻物聯網的突出優缺點：

LoRaWAN的優點：

– 無與倫比的遠程能力（最遠可達 15 公里）

– 極低耗電量，電池壽命超過10年

– 私人和本地化網路部署

– 降低成本

– 開放標準與互通性

LoRaWAN的缺點：

– 資料速率較低，不適合高頻寬應用

– 服務品質與優先管理有限

– 密集部署中的潛在幹擾

– 需要專用網關基礎設施

NB-IoT的優點：

– 與 LoRaWAN 相比，資料速率更高

– 利用現有的蜂窩基礎設施實現廣泛覆蓋

– 增強服務品質與優先管理

– 蜂窩級安全性和可靠性

NB-IoT的缺點：

– 更高的部署和營運成本

– 依賴蜂窩運營商和基礎設施

– 覆蓋範圍較短，室內穿透力有限

– 與 LoRaWAN 相比功耗更高

NB-IoT 和 LoRaWAN 的不同用例

廣域網 非常適合需要遠距離通訊、室內深度穿透和超低功耗的應用。一些常見的用例包括：

智慧農業與精準農業（土壤、牲畜追蹤、微氣候）
智慧公用設施（水、暖、氣、電）
智慧建築（室內空氣品質、佔用率、計量、洩漏偵測）
智慧城市（停車、街道照明、廢棄物管理、噪音水平、交通號誌燈、車隊管理)
智慧工業（工業設備健康監測、節能

窄帶物聯網另一方面，它更適合需要更高資料速率、更高服務品質和更廣泛覆蓋範圍的應用。一些潛在的用例包括：

智慧公用事業監控，即時數據傳輸（電力、天然氣、水）
智慧醫療（病患監護、遠距醫療服務）
智慧製造和工業物聯網（預測性維護、資產追蹤、流程最佳化）
智慧城市（交通管理、大眾運輸、環境監測）
智慧零售（庫存管理、資產追蹤、供應鏈可視性）
智慧農業（精準農業、畜牧業、灌溉）
智慧物流（貨物追蹤、冷鏈監控、車隊管理）

LoRaWAN 與 NB-IoT：哪個更適合物聯網連線？

將 LoRaWAN 與 NB-IoT 簡單歸類為互補或競爭關係未免過於簡單。它們的用例在某些領域可能存在重疊，但基於各自的優勢，它們各自更適合不同的場景。

LoRaWAN 在沒有蜂窩網路覆蓋的農村和偏遠地區大放異彩。其遠距離、免授權頻譜、低功耗以及經濟高效的私人部署是其關鍵優勢。但它在城市地區也同樣適用——它可以處理智慧公用事業、建築、工業物聯網等各種應用。其非 GPS 地理定位功能也非常適合電池受限的行動用例，例如供應鍊和運輸追蹤。

另一方面，NB-IoT 利用現有的 4G/LTE 基礎設施，提供可靠、更高頻寬的連接，非常適合即時、任務關鍵型物聯網應用。這使得它非常適合智慧城市、車聯網和工業用例，尤其是在城市地區。然而，其較高的部署成本和對耗電 GPS 的依賴，可能會在沒有蜂窩網路覆蓋的農村地區造成限制。

選擇取決於覆蓋範圍、頻寬、功率限制、移動性和成本等需求。與其非此即彼，不如基於優勢進行策略部署，從而在各種用例中建立強大的物聯網生態系統。

Sigfox 怎麼樣

Sigfox 是另一家主要的 LPWAN 廠商，正與 LoRaWAN 和 NB-IoT 爭奪物聯網連接領域的主導地位。它採用非授權頻譜中的超窄帶技術。其突出優勢在於：簡單、低功耗、低成本，非常適合偶爾需要發送小數據突發的應用。目前，Sigfox 的普及程度可能落後於 LoRa 和 NB-IoT，但其應用範圍已覆蓋 70 多個國家。對於需要可靠全球覆蓋的物流和供應鏈追蹤來說，Sigfox 是一個不錯的選擇。 Sigfox 的優勢在於其便捷的設置、長達數年的電池續航時間以及經濟實惠的價格。它幾乎可以在任何位置傳輸微小資料包——而這是其更高資料速率的 LPWAN 競爭對手所不具備的能力。