LoRaWAN 是蜂窝物联网挑战的解决方案吗?

  十年前,人们对推动大规模物联网发展的蜂窝网络寄予厚望。 事实上,根据 Enterprise IoT Insights 最近的一份报告,思科和爱立信都预测,到 2020 年,互联设备市场将达到 500 亿台设备。 但整个物联网市场的增长速度比当时的预测要慢,在这些预测结束一年多后,目前只有 124 亿台物联网设备在流通。 然而,LoRaWAN 等 LPWAN 解决方案可以轻松适应物联网应用需求,将对海量物联网产生更大的影响。

LoRaWAN 是蜂窝物联网挑战的解决方案吗?

  大规模物联网由大量低复杂性、低成本设备组成,这些设备连接到支持相对较低吞吐速度的网络。这种专为物联网构建的传感器设备和网络的组合正在改变企业的运营方式、公共基础设施的监控方式以及组织实施可持续发展计划的方式。因此,很容易看出为什么 10 年前对蜂窝网络寄予厚望。毕竟,蜂窝连接在其他类型的设备中占主导地位。运营商已经拥有了基础设施,那么为什么不能很容易地使用它来为大规模物联网提供动力呢?似乎距离大规模物联网的发展只有几年的时间。然后还有几个。总是在地平线上。

  蜂窝物联网挑战

  事实证明,大规模物联网部署所需的技术在做出这些预测时并不存在。除其他挑战外,基础设施成本、设备电池寿命要求和可用性之间存在不匹配。蜂窝运营商试图使用并非专门为物联网而构建的技术来连接预测的数十亿台设备。

  在目前部署的物联网设备中,2G 和 3G 代表了蜂窝物联网连接的大部分,53.1% 使用其中一种。这是有问题的,因为运营商正在淘汰这些传统技术,而它们的替代品仍在努力获得牵引力。今年,AT&T 和 T-Mobile 等运营商正在关闭其 3G 网络,而全球大部分地区的 2G 网络已经落伍,欧洲的一些地区也将紧随其后。 47% 的用户没有收到网络关闭的通知,这造成了不确定的前进道路。

  近年来,随着用例需求变得更加清晰,蜂窝低功耗广域网 (LPWAN) 技术得到了发展,但即使在其最主要的地区,挑战仍然存在。以中国为例。根据 Sequans 的内部估计,它是 NB-IoT 和 Cat-M1 的最大和增长最快的市场,2020 年该地区售出 1 亿个蜂窝 LPWAN 芯片组。据估计,世界其他地区仅占 500 万个 NB-IoT 芯片组。在中国,数据计划和对基础设施的投资使这项技术得以普及,但即使在中国,硬件供应商也在努力扭亏为盈。

  让我们来看看三个蜂窝物联网挑战,以及LoRaWAN如何能够提供解决方案。

  1. 昂贵的连接

  特别是基础设施成本一直是使用蜂窝网络进行大规模物联网部署的最大障碍之一。蜂窝需要昂贵的基础设施来支持它,包括建造成本超过 100,000 美元的塔、昂贵的网关以及网络部署和持续管理所需的大量劳动力。由于蜂窝网络固有的部署模型,运营商无法按需构建网络,这与 LoRaWAN 等无需许可的 LPWAN 解决方案不同,后者可以轻松适应物联网应用需求。 LoRaWAN 硬件的物料清单 (BOM) 成本也较低,与基于蜂窝的解决方案相比,这会降低整体基础设施和解决方案的成本。

  这甚至还没有考虑到关键领域的功能差异,例如终端设备功耗及其在大规模部署中的相关成本。 NB-IoT 最常见用例(例如资产跟踪、智能计量和可穿戴设备)的通信配置文件会导致蜂窝设备的高功耗。支持更多耗电量的设备不可避免地会导致电池消耗,而 NB-IoT 固有的“更健谈”的特性更加突出了这一点。

  部署设备后,与 LoRaWAN 设备相比,蜂窝设备的固件更新通常会消耗更长的电池寿命,这使得 LoRaWAN 成为需要在现场持续更长时间的项目的更可行的解决方案。

  据 Semtech 称,LoRaWAN 的整体运行功耗比 NB-IoT 低三到五倍。使用 NB-IoT 的电池寿命也不长,因为 ABI Research 发现 LoRaWAN 设备的电池寿命平均延长五年以上,提供更长的使用寿命,具体取决于用例。来自博洛尼亚大学、特伦托大学和集成系统实验室的一组研究人员发现,根据他们使用开发用于监测结构完整性的传感器的实验数据,LoRaWAN 电池寿命在某些应用中可以比 NB-IoT 长 10 倍.

  2. 参差不齐的覆盖面和更少的选择

  由于 NB-IoT 和 CAT-M1 部署的延迟推出,蜂窝物联网解决方案尚未大规模部署。然而,由于部署模型的灵活性和网络运营商之间不断增长的互操作性,LoRaWAN 正在快速增长,这将在不久的将来结合起来提供全球覆盖。

  根据 LoRa 联盟的数据,现在有 160 多个国家拥有公共 LoRaWAN 网络,而根据 GSA 的数据,有 64 个国家拥有 NB-IoT 或 LTE-M 运营商。缺乏网络以及互操作性问题使得使用蜂窝物联网技术管理跨地点的部署变得更加困难。另一方面,LoRaWAN 网络正在经历显着增长。随着各种地面网络和卫星连接之间的集成,以及 LoRa 联盟的 LR-FHSS 传输数据速率等进步,多模式物联网基础设施联盟 (MMIIC) 等合作正在为 2022 年实现 100% 的全球覆盖提供道路。

  此外,经过认证的蜂窝终端设备上市速度缓慢,并受到前面提到的 2G 和 3G 淘汰的负面影响。相反,LoRa 联盟提供强大的设备认证计划,让最终用户确信支持传感器的终端设备符合 LoRaWAN 规范。终端设备合规性可确保网络上的正确行为,降低支持成本并防止产品在以后修复成本更高时出现故障。这种类型的政策和法规将大大有助于确保预计将在该领域持续数十年的终端设备的可靠性。

  一些运营商甚至放弃了 NB-IoT,就像 NTT DoCoMo 和 Dish Network 去年一样,它们分别将重点转移到 Cat M1、LTE-M 和 5G。关于哪种蜂窝技术将获胜存在很多困惑,而且这是每个人的猜测——即使在移动网络运营商中也是如此。

  3. 5G 不是解决方案

  NB-IoT 和 Cat M1 都是兼容 5G 的 4G 技术,因此它们正在利用 5G 的炒作。随着 2G 和 3G 的日落临近,5G 将自己定位为解决方案,当超过一半的当前蜂窝物联网连接不再工作时,它将填补空白。然而,迄今为止,企业采用率最低,全球仅部署了 290 个公开披露的私有 5G 网络,5G 的频谱应用明显下降。

  虽然 5G 支持 NB-IoT 和 Cat M1 为大规模物联网部署提供蜂窝解决方案,但它们距离填补空白还有很长的路要走。从长远来看,几种物联网技术将共存,以最大限度地提高物联网部署的投资回报率。蜂窝技术将支持需要持续通信、更高数据速率或更低延迟的用例,而 LoRaWAN 将作为需要远距离、深度室内渗透、电池供电设备、在具有挑战性的环境中覆盖的用例的主要技术,以及需要公共和私有网络混合的实现。

  用 LoRaWAN 连接未连接的

  LoRaWAN 准备为大规模物联网部署提供所需的成本结构和灵活性。它提供更远的范围、更长的电池寿命、更好的传播特性和更省电的维护,这些结合起来可以有效地支持更多的用例。这些都是 ABI Research 预计到 2026 年 LoRaWAN 将占所有非蜂窝 LPWAN 连接的一半以上的原因。

  LoRaWAN 的范围尤为重要,因为它有可能到达蜂窝信号难以穿透或缺乏蜂窝基础设施的环境。从农村和崎岖环境到室内,甚至在固体结构深处,任何地方都受益于 LoRaWAN 的传播特性。

  安全性是另一个关键的区别因素,因为蜂窝信号在从网络上的一个点跳到另一个点时有可能被拦截。 LoRaWAN 提供内置于协议中的端到端安全性。 LoRaWAN 还支持公共、私有和混合模型,为企业部署网络基础设施的方式提供极大的灵活性。

  LoRa 联盟的 500 多个成员密切合作以推进开放的全球协议,与 3GPP 引入新协议和弃用旧协议的五年周期相比,该协议旨在支持该领域 20 多年的使用。国际电信联盟 (ITU) 最近批准将 LoRaWAN 列为 LPWAN 的全球标准,进一步巩固了 LoRaWAN 作为可靠、开放标准的地位。

  游戏终局

  先行者正在为物联网分析对 2025 年 10 亿个 LoRaWAN 设备的最新预测铺平道路。他们得到了蜂窝市场仍然缺乏的创新部署模型和合作伙伴关系的支持。随着 LoRaWAN 被用于使用传感器来检测物理世界,这些传感器可以使用十多年,并在需要时通过空中更新,客户可以自由探索无限的用例,并开始从他们的数据可以产生的洞察力中受益。大规模物联网的潜力终于被释放出来。

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