物聯(lián)網(wǎng)通過通信技術將人與物、物與物進行連接，在智能家居、工業(yè)數(shù)據(jù)采集等區(qū)域網(wǎng)通信場景一般采用短距離通信技術，對于廣范圍、遠距離的連接則需要遠距離通信技術。

在生活中的應用場景（如遠程抄表、環(huán)境監(jiān)測、智能停車、位置追蹤等）時，我們需要一種覆蓋廣、成本低、部署簡單、支持大連接的物聯(lián)網(wǎng)，因此低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)（Low-Power Wide-Area Network，簡稱LPWAN）應運而生。并且，以這些應用場景為主導的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)量將占到物聯(lián)網(wǎng)總連接數(shù)的60%。

LPWAN可分為兩類：一類是工作于未授權頻譜的LoRa、SigFox等技術；另一類是工作于授權頻譜下，3GPP支持的2/3/4G蜂窩通信技術，比如EC-GSM、eMTC、NB-IoT等。 LPWAN 專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應用而設計，與傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術相比，LPWAN有著明顯的優(yōu)點：與藍牙、Wi-Fi、Zigbee、802.15.4等無線連接技術相比LPWAN技術距離更遠；與蜂窩技術（如GPRS、3G、4G等）相比連接功耗更低。

在物聯(lián)網(wǎng)通訊的發(fā)展中，NB-IoT已經獲得全面性的支持，未來相關應用的市場榮景可期。LoRa與SigFox雖然受到NB-IoT強大的擠壓，但因為物聯(lián)網(wǎng)應用還屬于成長中的市場，這兩個技術已逐漸找到與NB-IoT區(qū)隔的發(fā)展道路，未來的發(fā)展重點是創(chuàng)造良好的消費者使用體驗，朝著正確的航道加速、起飛。

物聯(lián)網(wǎng)通訊是這兩年產業(yè)最熱門的話題之一，尤其在5G三大愿景中正式定義為mMTC(Massive Machine Type Communication)，未來物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)規(guī)模將大幅超越過去的人聯(lián)網(wǎng)，每平方公里網(wǎng)絡節(jié)點甚至高達100萬個。低功耗廣域網(wǎng)(Low Power Wide Area Network, LPWAN)技術簡單、應用廣泛，將是MTC早期的切入點，包括NB-IoT、LoRa、SigFox等都是相關的明星級技術，而未來3GPP的MTC標準陸續(xù)訂定之后，可以支持更多不同類型的物聯(lián)網(wǎng)應用。事實上，在過去物聯(lián)網(wǎng)概念尚未成熟時，已有許多利用2G/3G技術的機器通訊(Machine to Machine, M2M)應用，如車隊管理、物流、工業(yè)等B2B應用，未來幾年市場需求將持續(xù)成長。在現(xiàn)有2G/3G/4G模塊的基礎之下，2018年NB-IoT、LoRa、SigFox大力拓展新興應用市場，加上LTE Cat. M1，與未來可滿足更多高傳輸速率、高移動性、定位、低耗電、語音等功能的MTC標準，共同建構物聯(lián)網(wǎng)通訊的產業(yè)面貌。

NB-IoT：中國的物聯(lián)網(wǎng)標準

NB-IoT產業(yè)2017年開始起步，2018年進入加速階段，2019年將要正式起飛。從技術標準發(fā)展來看，2016年3GPP R13版本發(fā)表NB-IoT技術，2017年大廠高通(Qualcomm)與海思(HiSilicon)相繼推出支持初版標準的芯片，年底聯(lián)發(fā)科進一步推出R14版本芯片，更有許多芯片廠商陸續(xù)宣布投入NB-IoT，市場蓬勃發(fā)展，同時也刺激了通訊模塊廠商的腳步。

自2016年6月16日，NB-IoT 技術協(xié)議獲得3GPP無線接入網(wǎng)（RAN）技術規(guī)范組會議通過以來，我國隨后就出臺一系列政策支持 NB-IoT 發(fā)展。

2017年5月，工信部發(fā)布《電信網(wǎng)編號計劃（2017年版）》，新編號中增加了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)號，將“140XX~144XX”明確為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)號。

2017年6月16日，工信部下發(fā)《關于全面推進移動物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）建設發(fā)展的通知》，《通知》對2017年到2020年的NB-IoT標準、NB-IoT設備、NB-IoT芯片、NB-IoT模組、NB-IoT測試、NB-IoT應用、NB-IoT網(wǎng)絡的發(fā)展，部署了“定量”的任務。

2017年6月20日，工信部發(fā)布2017年第27號公告，從三方面明確了 NB-IoT 系統(tǒng)頻率的使用要求。

2017年8月7日，工信部批準同意了部分單位提出的電信網(wǎng)碼號資源有關申請，對2017年第10批《中華人民共和國電信網(wǎng)碼號資源使用證書》頒發(fā)結果進行公示，其中就包括了物聯(lián)網(wǎng)號段分配。

有了中國政府和中國市場對NB-IoT的全力支持，NB-IoT如日中天。

三大運營商NB-IoT部署進度

NB-IoT的發(fā)展離不開芯片和模組等產業(yè)鏈上游廠商的發(fā)力。華為的Boudica120、Boudica150；高通的MDM9206；聯(lián)發(fā)科的MT2625。除此之外，銳迪科、英特爾、中興微電子等公司也有自己的芯片規(guī)劃。

網(wǎng)絡部署情況

中國是現(xiàn)今NB-IoT最大部署市場，隨著2017年中國國務院和工信部發(fā)文，引導物聯(lián)市場健康有序發(fā)展，NB-IoT產業(yè)生態(tài)在中國蓬勃發(fā)展。NB-IoT產業(yè)聯(lián)盟、移動物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的成立吸引了一千多家企業(yè)布局NB-IoT市場，智慧抄表、智能停車、智慧醫(yī)療、智能物流等四十多個行業(yè)應用已啟動規(guī)模商用部署，預計年底中國NB-IoT連接數(shù)將達1億。

海外NB-IoT發(fā)展也即將進入快車道。在NB-IoT商用快速增長、產業(yè)蓬勃發(fā)展的帶動下，原有LoRa的支持者們也逐步嘗試轉向NB-IoT陣營。

NB-IoT網(wǎng)絡架構

NB-IoT網(wǎng)絡架構方案

NB-IoT 組網(wǎng)主要分成5 個部分：

NB-IoT 終端：支持各行業(yè)的IoT 設備接入；

NB-IoT 基站：主要是指LTE 基站；

NB-IoT 核心網(wǎng)：NB-IoT 基站和NB-IoT云的連接樞紐；

物聯(lián)云平臺：各類業(yè)務的處理及反饋的中心；

應用服務中心：既可以獲取到本中心的NB-IoT 業(yè)務數(shù)據(jù)，也可以完成對NB-IoT 終端的控制。

NB-IoT應用

由政府推動的公共事業(yè)與智慧城市建設，都是NB-IoT的主要應用，包括最常被提到的智能三表(水表、電表、燃氣表)、智慧路燈、停車管理、環(huán)境監(jiān)測等。

事實上，NB-IoT今年已證明將在公共事業(yè)、服務與智慧城市建設等領域，取得主導性的發(fā)展地位。NB-IoT由電信營運商建置網(wǎng)絡并提供服務，網(wǎng)絡建置與原先的無線通信基地臺一致，在人口稠密的都會區(qū)，4G LTE訊號完善，只需透過最簡易的軟件升級，不需重新布建網(wǎng)絡；采用授權頻段，公共服務質量有保障，只要談好服務費率，商業(yè)模式建立也相對簡易。2018下半年到2019年，將有更多類型、更大規(guī)模的NB-IoT應用導入。

LoRa：LPWAN無人能敵的最強者

LoRa是美國半導體制造商Semtech借助其并購的法國公司Cycleo所開發(fā)的無線通信技術LoRa，在這個基礎上與IBM合作完成規(guī)范，并由Semtech、IBM、Cisco為核心所組成的LoRa聯(lián)盟推動相關發(fā)展。

2016~2017年備受期待，有可能成為物聯(lián)網(wǎng)時代的Wi-Fi，因為其采用非授權頻段，技術簡易、應用方便，開放的生態(tài)圈也提供與電信領域較遠的資通訊廠商插旗物聯(lián)網(wǎng)通訊的機會，很快的就吸引數(shù)百家廠商加入產業(yè)聯(lián)盟，***地區(qū)也有許多廠商大力投入。省掉授權頻段權利金，背后又有思科(Cisco)、IBM、阿里巴巴、騰訊這些大廠力挺，甚至許多電信商也押寶，技術、產品都在2017年以前就Ready，產業(yè)推動時程較NB-IoT更有優(yōu)勢。不過，從2017~2018年，LoRa發(fā)展受到NB-IoT強大的競爭壓力，業(yè)界傳出不少撤換網(wǎng)絡解決方案的傳聞，主要原因分為內部與外部兩個面向，外部原因就是NB-IoT的大規(guī)模推動，原先推動較順利的LoRaWAN與其應用領域重迭性高，尤其像前述公共事業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應用，沒有大型的服務商如電信業(yè)者來扮演與政府合作的角色。內部原因則是LoRa技術1.0版未達最大的省電效果，訊息傳送采用類似廣播的方式，會出現(xiàn)終端與服務器不同步的問題，導致重要訊息遺漏，掉封包的狀況經常出現(xiàn)；另外，LoRa雖然芯片幾乎都掌握在Semtech手上，但因為驗證與互通測試服務還不成熟，也會造成不同廠商終端設備互通互連的瓶頸。

去年底，無管局發(fā)布了“征求意見稿”。意見稿里有一條細則，規(guī)定“470-510MHz的非授權頻段，限單頻點使用，不能用于組網(wǎng)應用”。LoRa本就用于物聯(lián)網(wǎng)，如此一刀切非授權頻譜的物聯(lián)網(wǎng)應用，意味著頻段內LoRa等物聯(lián)網(wǎng)通信技術均請出國門，頻段內的千億產業(yè)鏈及生態(tài)均被扼殺。最終在LoRa支持者們的努力下，這件事情最終沒有定論。但無管局并未明確透露何時推出新的政策，對身在其中的人們來說，這是沒有落地的“靴子”。

LoRa主導廠商當然也知道現(xiàn)在的困境，盡管整體市場還在成長中，不過在產業(yè)中受矚目的程度降低卻是不爭的事實。

網(wǎng)絡部署情況

目前LoRa聯(lián)盟已有500多個成員，在100多個國家提供服務，58家聯(lián)盟成員運營商在41個國家運營，67家公共網(wǎng)絡運營商，從美國、中國到俄羅斯、東南亞、南美，實現(xiàn)在全球范圍內的廣泛覆蓋。其全球網(wǎng)絡覆蓋情況如下圖所示：

LoRaWAN網(wǎng)絡架構

從LoRaWAN網(wǎng)絡架構來看，主要有以下幾部分：終端節(jié)點（End Nodes）、集中器/網(wǎng)關（Concentrator/Gateway）、回程（Backhual）、網(wǎng)絡服務器（Network Server）、應用服務器（Application Server）。

終端節(jié)點（End Nodes）：終端節(jié)點是在最左邊，異步地廣播數(shù)據(jù)包到網(wǎng)絡。遵循Aloha網(wǎng)絡規(guī)范，保證終端設備可以大部分時間處于空閑模式，功耗少于1uA。 這種方法可確保在小型電池上的應用可以實現(xiàn)10至15年的使用壽命。

集中器/網(wǎng)關（Concentrator/Gateway）：通過終端節(jié)點廣播的數(shù)據(jù)包將會被網(wǎng)絡中的一個或多個網(wǎng)關獲取。網(wǎng)關有一個多信道和多數(shù)據(jù)速率的射頻嵌入式設備，可以掃描和檢測任何活動信道上的數(shù)據(jù)包并進行解調。

回程（Backhual）：網(wǎng)關通常有一個以太網(wǎng)的回程，然而，目前一些部署使用了2G、3G、4G、Wi-Fi、NB-IoT、以太網(wǎng)等作為回程。

網(wǎng)絡服務器（Network Server）：核心網(wǎng)絡是LoRaWAN系統(tǒng)的重要組成部分。 它承載所有需要的智能來管理網(wǎng)絡并將數(shù)據(jù)分發(fā)到其他服務器。

應用服務器（Application Server）：LoRaWAN協(xié)議支持不同類型的網(wǎng)絡。一些網(wǎng)絡提供商也是應用提供商。因此，在LoRaWAN網(wǎng)絡架構圖圖中最右側的應用服務器可以與網(wǎng)絡服務器分別托管或與網(wǎng)絡服務器集成在一起托管。

LoRa應用

LoRa正在全球范圍內應用部署，因為其低功耗、深度覆蓋、容易部署等優(yōu)勢使得其非常適用于要求功耗低、距離遠、大量連接以及定位跟蹤等的物聯(lián)網(wǎng)應用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農業(yè)、智慧工業(yè)、智慧城市、智慧社區(qū)等等應用和領域。

SigFox：國外最火的LPWAN技術

Sigfox是一家法國公司，成立于2009年，創(chuàng)建了連接低功耗設備的無線網(wǎng)絡，主要用于低功耗物聯(lián)網(wǎng)，如：電表等，這類應用需要連續(xù)地發(fā)送少量的數(shù)據(jù)。Sigfox希望建立第一個僅供用于物聯(lián)網(wǎng)的全球蜂窩連接的公司，其基礎設施完全獨立于現(xiàn)有的網(wǎng)絡（如電信移動網(wǎng)絡）。

SigFox是自行建構一個產業(yè)生態(tài)體系(Ecosystem)，由SigFox負責全球共同的網(wǎng)絡營運與云端平臺管理，再透過各地特許的網(wǎng)絡營運商SNO(SigFox Network Operator)提供服務，原則上單一地區(qū)由單一業(yè)者負責，其經營理念為“One Globe, One Network. One Globe, One Contract.”，截至目前為止訊號涵蓋已達46個國家和地區(qū)，預計在2018年底達到60個國家和地區(qū)的網(wǎng)絡部署。

SigFox尤其適合跨國性的物聯(lián)網(wǎng)應用，如資產追蹤。SigFox在***的營運商優(yōu)納比(UnaBiz)在Computex 2018也邀請多家發(fā)展SigFox解決方案的廠商展出相關服務。

Sigfox正在推出首個全球性的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡，可以監(jiān)聽數(shù)十億的對象廣播數(shù)據(jù)，而無需建立和維護網(wǎng)絡連接。在無線連接的世界中，這種獨特的方法是沒有信令開銷的，緊湊和優(yōu)化的協(xié)議，而物不依賴于網(wǎng)絡。Sigfox提供了一種基于軟件的通信解決方案，所有的工作和計算的復雜性都是在云端進行的，而不是在設備上。所有這一切，大大降低了能源消耗和連接設備的成本。

網(wǎng)絡部署情況

由于物聯(lián)網(wǎng)連接使用低數(shù)據(jù)速率，Sigfox網(wǎng)絡利用了超窄帶，UNB技術。傳輸功耗水平非常低，而仍然能維持一個穩(wěn)定的數(shù)據(jù)連接。Sigfox無線鏈路使用免授權的ISM射頻頻段。頻率根據(jù)國家法規(guī)有所不同，但在歐洲廣泛使用868MHz，在美國是915MHz。Sigfox網(wǎng)絡中單元的密度(基于平均距離)，在農村地區(qū)大約30-50km，在城市中常有更多的障礙物和噪聲距離可能減少到3-10km之間。整個Sigfox網(wǎng)絡拓撲是一個可擴展的、高容量的網(wǎng)絡，具有非常低的能源消耗，同時保持簡單和易于部署的基于星型單元的基礎設施。

SIGFOX網(wǎng)絡全球部署情況

根據(jù)官方數(shù)據(jù)，截止上半年Sigfox在 29 個國家建有應用網(wǎng)絡，主要為歐洲國家，如：西班牙、法國、俄羅斯、英國、荷蘭、德國等，覆蓋 170 萬平方公里。

Sigfox網(wǎng)絡架構

由上圖可以看出，Sigfox網(wǎng)絡架構可以分為三部分。中間部分Sigfox Gateway和Sigfox Cloud部分由Sigfox公司提供，也就是Sigfox網(wǎng)絡和Sigfox網(wǎng)絡服務器或設備管理服務器由Sigfox提供。左邊終端部分Sigfox則是開放的，與多個RF芯片公司合作無線前端的連接，為用戶提供多RF芯片供應商的選擇，但終端必須符合Sigfox網(wǎng)絡認證。右邊的部分則是業(yè)務的應用，包括應用服務器和Web客戶端或App等。

Sigfox的應用

以行業(yè)部分來看，Sigfox應用主要集中在工業(yè)、共用事業(yè)、農業(yè)、公共部門等領域。按用例來看，Sigfox應用主要集中在智能計量、智能跟蹤、溫度檢測上。

Sigfox在中國的第一個項目

2018年1月，“中法合作 成都國際智慧養(yǎng)老服務示范社區(qū)”Sigfox項目簽署。項目總投資約3億歐元，由Sigfox物聯(lián)網(wǎng)公司和KRG智慧養(yǎng)老公司提供物聯(lián)網(wǎng)技術標準和智慧養(yǎng)老技術解決方案，中國聯(lián)通提供技術運營支持。KRG智慧養(yǎng)老公司針對獨居的老人及行動不便者開發(fā)了智能居家新一代遠程養(yǎng)老監(jiān)護系統(tǒng)，提供基于Sigfox物聯(lián)網(wǎng)技術的新一代遠程協(xié)助解決方案，能夠觀測到可能將上述人員置于危險境地的跌到、不適和等反常行為。

LPWAN技術正各自起飛

2018年是物聯(lián)網(wǎng)通訊正式商用化的元年，尤其是NB-IoT，根據(jù)資策會MIC的研究顯示，今年LPWAN模塊市場將挑戰(zhàn)第一個1億規(guī)模，該會產業(yè)分析師曾巧靈指出，上半年NB-IoT多功能整合模塊市價都在10~15美元左右，對于訴求大規(guī)模簡易的應用來說，成本壓力沉重，不過下半年NB-IoT模塊出貨已經逐漸放量，加上投入的芯片、模塊廠商越來越多，模塊價格有下降到8~10美元的趨勢。世界各地電信營運商的NB-IoT服務在2017年下半年陸續(xù)開臺，市場推動力量加大，2019年以后NB-IoT模塊將出現(xiàn)高度成長，預計2021年LPWAN聯(lián)網(wǎng)裝置數(shù)量規(guī)模將高達8億(圖1)，其中約7億是NB-IoT與eMTC這類授權頻段技術產品，尤其以中國與歐洲市場的發(fā)展最為強勁。

2017~2021年LPWAN聯(lián)網(wǎng)裝置數(shù)量

另一研究單位IHS Markit的看法也相當樂觀，預測到2021年IoT聯(lián)網(wǎng)數(shù)量將超過10億。從2014年到2021年的年復合成長率(CAGR)高達206%，中國的物聯(lián)網(wǎng)市場在政府的大力支持下，中國三大營運商的物聯(lián)網(wǎng)連接從2014年的5,350萬成長到2016年的1.62億，中國政府在策略上希望主導NB-IoT的產業(yè)發(fā)展，也讓中國成了全球NB-IoT發(fā)展的火車頭與觀察指標。而在非授權頻段的LPWAN市場中，LoRaWAN在2017年出現(xiàn)高于預期的成長，據(jù)了解，Semtech的LoRa芯片出貨量超過1,000萬顆，IHS Markit預計LoRaWAN的聯(lián)網(wǎng)節(jié)點數(shù)量到2021年將增加到近3億。針對另一個明星級的LPWAN技術SigFox，IHS Markit的看法則較為保守，整體而言，NB-IoT已經成為現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)通訊的霸主，LoRa與SigFox的早發(fā)領先優(yōu)勢已經逐漸消失，不過在物聯(lián)網(wǎng)的高度成長趨勢下，LoRa與SigFox也積極尋求合適的領域與應用。

整體而言，NB-IoT已經獲得全面性的支持，其實與去年業(yè)界的看法一致，大部分物聯(lián)網(wǎng)通訊廠商投入的方向也以NB-IoT為主，部分兩邊押寶的廠商大都將策略重心放在NB-IoT，還有更多先前觀望的廠商，已經確定要投入NB-IoT的發(fā)展，未來相關應用的市場榮景可期。另外，LoRa與SigFox雖然受到NB-IoT強大的擠壓，但因為物聯(lián)網(wǎng)應用還屬于成長中的市場，這兩個技術的市場也在不斷成長?；蛟S在不久的將來，也會在單一物聯(lián)網(wǎng)模塊內整合LoRa或NB-IoT等不同的無線網(wǎng)絡通訊技術，像是在偏遠工廠，以LoRa形成局域網(wǎng)絡內設備間的數(shù)據(jù)傳輸，再將數(shù)據(jù)傳送到外部的LTE網(wǎng)絡，整合多個廠區(qū)的數(shù)據(jù)進行整體分析。

LPWAN三大技術陣營的主要半導體供貨商

總結

NB-IoT帶動的不僅僅是自身產業(yè)生態(tài)陣營的快速發(fā)展，也讓LoRa、Sigfox等其他低功耗廣域網(wǎng)絡技術獲得了絕佳的市場教育機會，尤其是LoRa以及以此為基礎制定的廣域網(wǎng)絡規(guī)范LoRaWAN，在過去一年多的時間里，國內外從業(yè)者對LoRa并不陌生，而且有大量基于LoRa的物聯(lián)網(wǎng)應用案例已經落地。

思科(Cisco)、IBM、阿里巴巴等巨頭力挺LoRa，上個月騰訊也宣布加入LoRa聯(lián)盟，騰訊云副總裁王慧星表示：“LoRaWAN已經實現(xiàn)了快速增長，我們認為，它在LPWAN市場上與NB-IoT高度互補。加入LoRa聯(lián)盟將使我們能夠影響LoRaWAN的技術開發(fā)、推進相關的物聯(lián)網(wǎng)應用，并通過與全球其他LoRaWAN供應商建立緊密的合作關系來加強推進我們的云業(yè)務。”

總的來說，LoRa與SigFox已逐漸找到與NB-IoT區(qū)隔的發(fā)展道路，未來兩年的發(fā)展重點應該是創(chuàng)造良好的消費者使用體驗，包括硬件終端芯片/模塊的降價、軟件服務的完善與便利性等，真正從正確的航道加速、起飛。