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物联网通信技术中包括多项创新高效的技术，其中从通信覆盖广度可以分为短距局域网通信技术，如：Bluetooth、ZigBee、Wi-Fi等，主要应用于智能家居等智能设备分布较为密集的场景下。与此同时，低功耗广域网（low-power wide-area network，LPWAN）技术主要解决智能设备分布区域广，各节点间距离远，通信量较小的场景，如智能抄表。目前，低功耗广域网发展中面临的诸多阻碍主要来源于无线通信技术日益匮乏的频谱资源与持续增长的容量需求矛盾凸显。另外，考虑到物联网产生的连接数量远远超过H2 H通信需求，当前的4G网络在连接能力上明显不足，且存在着大功耗等缺点不适用于物联网应用。于是针对以上问题，具备低功率、广覆盖的协议被提出，其中就包括了窄带物联网技术（narrow band internet of things，NB-IoT）和长距离广域网（long range wan，LoRaWAN）。
窄带物联网技术于2015年9月在3GPP标准化组织中提出并立项，于2016年6月获得3GPP RAN批准冻结标准。从立项到协议冻结仅用时不到8个月，成为史上建立最快的3GPP标准之一。可见业界对此项技术的迫切期望以及开拓商用市场的决心。
NB-IoT的提出历程经历了两种标准的结合，即华为、沃达丰、高通等公司提出和支持的NB-CIoT（narrow band-cellular IoT）和诺基亚、爱立信、英特尔等提出和支持的NB-LTE（narrow band-LTE）。这两种标准最终在2015年9月融合形成了NB-IoT。这两种标准最主要的差异在于能够在现有LTE网络中以多大资源来应用于物联网之中。
3GPP组织对NB-IoT的定位在于广覆盖、低功耗、低成本、大连接、低速率、容忍一定时延的通信。由于NB-IoT的这些特点，相比于LTE用户，NB-IoT服务的对象往往非全时间在线、非高移动性，同时业务类型往往以上行为主。
同为3GPP提出的标准，NB-IoT是在LTE技术上改造而来的。但是为了满足物联网的通信需求，NB-IoT对LTE协议进行了一些修改。首先，在控制层面和用户层面减少了部分信令开销，这样可以降低终端设备的功耗，同时采用扩展不连续接收的eDRX（extended discontinuous reception）和省电模式PSM（power saving model）来节省终端的耗电量；其次，通过窄带设计来提升功率谱密度，同时进行重复传输来提升NB-IoT的覆盖能力；第三，由于上行等效功率的提升，信道容量也大幅提升，而减少的空口信令开销也提升了频谱效率，同时对基站和核心网均进行了优化，这些技术保证了海量用户同时连接的特性；最后，通过简化协议和射频电路来降低NB-IoT终端的成本。
NB-IoT的网络体系架构即为典型物联网架构的3层模型，包括了感知层、网络层和应用层。感知层位于最下一层，在NB-IoT中感知层是由大量的传感器构成的。这些传感器就如人体的感知器官为上层提供基本的数据。网络层是NB-IoT的枢纽部分，它负责将感知层收集的数据处理和传输至应用层，网络层就如人体的神经系统。应用层是NB-IoT和用户之间的接口，用户通过应用层向NB-IoT提出应用请求，并从应用层获取下层收集的数据。应用层就如人体的大脑分析和处理各种数据。
NB-IoT有3种部署场景，分别为独立部署（stand alone operation）、保护带部署（guard band operation）和带内部署（in band operation）。独立部署是指在LTE频段外的GSM频段部署带宽为200k Hz的信道，所谓的独立就是和LTE频段是无关的。保护带部署指在LTE边缘保护频带中使用180k Hz的带宽分配信道，这种方法同样不占据LTE的频带资源。最后一种方式是带内部署，这种方式指分配LTE频带内的一个物理资源块（physical resource block，PRB）作为信道，而该种部署的信道带宽也为180k Hz。需要说明的是，在带内部署时一般不选择中间固定的6个用来小区搜索的物理资源块。同时，在独立部署中由于需要为信道提供两边各10k Hz的保护带宽，因此独立部署的信道带宽为200k Hz。我们用图2-12来说明这3种部署方式。
图2-12 NB-IoT 3种部署场景
对比这3种部署方式，独立部署不存在与LTE共存问题，因此不用考虑干扰规避、射频指标等问题。同时，对于带宽限制，独立部署单独扩容比较困难。而保护带部署的频带资源极为有限，会影响未来发展。虽然带内部署方案有潜在的扩容资源，但是却会占用更多的LTE网络资源。此外，由于保护带部署和带内部署均在LTE频段，因此还需考虑与LTE的兼容问题。尽管在上述方面独立部署均有一定的优势，但是带内部署却和LTE结合最为紧密，同时演进至下一代通信的成本最低。现阶段在未普及LTE的国家主要采用独立部署，而主流的方案仍为带内部署。保护带部署仍属于小众方案，仅有部分运营商考虑测试验证。
NB-IoT的传输中，下行链路与LTE一致，采用正交频分多址（orthogonal frequency division multiple access，OFDMA）技术。在上行传输，NB-IoT支持两种传输方案：单子载波传输和多子载波传输。对于单子载波传输，载波间隔可配置为3.75k Hz或15k Hz。而对于多子载波传输选择15k Hz子载波间隔。对比来看，多子载波技术支持更大的峰值速率，却对终端设备有所要求。同时，单子载波传输可以获得更好的覆盖与终端功耗。
不同于NB-IoT由全球标准化组织3GPP制订，LoRaWAN是由LoRa联盟提出和维护的。第一版LoRaWAN于2015年6月发布。LoRaWAN可以为物联网提供长距离、低功耗、可扩展、高服务质量且安全的无线传输网络。LoRaWAN的技术核心是LoRa，它为LoRaWAN提供了长距物理层通信链路协议。
LoRaWAN的网络架构可分为4层，包括终端节点、网关、网络服务器和应用服务器。在网关和网络服务器之间需要基于以太网的回传，当前的一些部署也采用了2G、3G或者4G的回传。图2-13展示了LoRaWAN联盟在其LoRaWAN白皮书中给出的网络架构示意图，我们以该图对LoRaWAN网络架构进行具体说明。
图2-13 LoRaWAN网络架构示意图
在LoRaWAN白皮书给出的网络结构图中，终端节点在最左端。而在实际网络中，终端节点在协议的最底层负责异步地将数据广播至上层网络。为了节省终端能耗，需要终端节点的设备大部分时间均处于休眠模式，只在较短的时间段进行工作，在多址接入网络协议采用了Aloha协议，终端节点的功耗少于1μW，可以保证这些终端拥有10~15年的使用寿命。终端在收发数据前需要先加入网络，协议给出了两种加入模式：空中激活方式和独立激活方式。商用的LoRaWAN网络一般采取的都是空中激活方式。
终端节点的数据通过一个或者多个网关接入到网络服务器。和其他无线网络的网关类似，网关是终端节点到网络服务器的通信通道，而通常没有内置的智能处理能力。网关为终端节点提供多数据速率的多个子信道，扫描和检测信道上的数据包，但是网关对从终端发送来的数据不做任何的处理和分析。在LoRaWAN的配置中网关功能较为简单，因此大幅地降低了成本，仅需较为低价的硬件即可满足。另外，终端节点连接的网关数量没有限制。
终端节点和网关直接采用星形拓扑结构，星形拓扑的架构模式相比于网状拓扑对于LoRaWAN可带来低功耗、可扩展及可靠通信的优势。首先，由于星形拓扑终端节点直接和网关相连，无须其他节点作为中继，因此对其他节点的耗能减少。其次，直接相连能够减少延时，从而增加可靠性。最后，星形拓扑无须网状拓扑所需要的复杂的路由转发，从而减少了信令开销。
LoRaWAN对终端和网关采用了较为低成本的设计思想，将主要的能力和复杂度放置于服务器端。网络服务器节点的具体功能如下：①完成消息的合并，由于终端节点可以连接多个网关并发送数据的多个副本，而网关没有数据分析和处理的能力，因此在网络服务器节点需要进行消息的合并。②网络服务器负责下行链路的路由，即选择合适的网关向终端节点发送下行链路数据。③网络服务器还需要进行网络控制，以自适应数据速率策略来决定通信的速率或扩频因子。④网络服务层需要对网络和网关进行监控和故障处理。
LoRaWAN应用服务器是提供物联网业务的接口。由于LoRaWAN是一种开源的网络协议，支持多样的应用类型，故而LoRaWAN的应用服务器也可以包括多种类型。在某些特定的应用架构中，会将LoRaWAN应用服务器和网络服务器进行集成，进行共同的管理和配置。
LoRaWAN网络结构的优势在于：①长距离通信特性。相比于蜂窝移动通信的通信距离，LoRaWAN可取得两倍的距离。这就保证了LoRaWAN能够使用星形拓扑结构。②得益于网关芯片的特性，一个LoRaWAN网络能够轻松接入上千个终端节点。③LoRaWAN的设计保证了终端节点和网关无须进行大量的数据操作和复杂的信令交互，能够大幅地降低这些设备的功耗。④LoRaWAN工作在免费频段且是开源的设计，降低了开发成本并吸引了更多开发者基于LoRaWAN来进行开发和设计。
作为长距低耗物理网中最重要的两种协议，我们将从网络覆盖、传输速率、服务质量、架网成本、节点能耗和开发模式等6个方面对NB-IoT和LoRaWAN进行比较。
由于这两种协议均是基于长距离通信所设计的，因此这两种协议的覆盖范围均比较大。具体比较来说，NB-IoT的覆盖范围更广，能够达到18~21km，而LoRaWAN的覆盖范围则为12~15km。一个值得注意的现象是在没有4G网络覆盖的郊区或者农村地区，NB-IoT表现得一般，而LoRaWAN不依赖于蜂窝无线通信，在其覆盖的所有区域其表现均很稳定。
在传输速率方面NB-IoT比LoRaWAN有较大的优势。NB-IoT平均数据速率为200Kbps，大约为LoRaWAN的20倍。同时需要说明的是，另外一种远距离低功耗协议Sigfox的数据速率仅为100bps，远远低于NB-IoT和LoRaWAN。
在服务质量方面NB-IoT有着较明显的优势，这与两种协议的组网模式相关。NB-IoT是基于LTE网络架构的，因此从基站到核心网都使用较为先进的设备和技术。而LoRaWAN更注重于成本和功耗的降低，采用了诸如Aloha这类的低功耗却降低服务质量的技术。因此，NB-IoT在服务质量方面也略胜一筹。
组网成本也是必须要考虑的因素之一，在成本方面，LoRaWAN比NB-IoT有一定的优势。NB-IoT的节点更为复杂，其硬件成本更高。同时，由于NB-IoT使用的是LTE频段，因此必须支付频段使用费用。相比之下，LoRaWAN节点简单，硬件成本很低。同时由于它在公共频谱传输，无须支付这部分费用。
在节点能耗方面LoRaWAN比NB-IoT更为出色。尽管这两种协议的节点能耗均非常低，但是LoRaWAN通过协议设计能够使终端节点拥有最长可达10年的使用寿命，优于NB-IoT。
两种协议的开发模式也不完全相同。NB-IoT是由3GPP主导开发和维护的协议。而LoRaWAN虽然是由LoRa提出，却是开源的开发环境，因此所有的开发人员均可基于LoRa进行开发。
从上面两个协议的对比来看，这两种协议不存在一种优于另一种，或者一种替代另一种的情况。在实际应用中，则需要根据应用需求，选择更为适合该应用需求的协议将其进行应用。