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物联网重点技术LPWAN解析

2017-03-03 09:54
安娜PARKER
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物联网是信息通讯产业接下来的发展重点之一,而且会由许多新创团队推出各种产品与应用,做为信息通讯领域新创团队的推手之一,《Mobileheros通讯大赛》已经举办了15年,更从2014开始锁定物联网、智慧城市为主题,召募许多好手参与竞赛,也产出许多优秀的作品。

2017年通讯大赛即将于5月开始召募参赛团队,同样以物联网、智慧城市做为主旋律,相关的应用可以千变万化,但同样都需要无线网络做为底层机制,为了应对物联网装置省电、长距离传输数据的需求,低功耗广域网(Low Power Wide Area Network, LPWAN)因此而生,本文即在介绍LPWAN六大主要技术、各家优势与产业发展、商业模式与智慧城市应用。

LPWAN由于不要求复杂的影音、大数据传输、即时消息等,是物联网谈论多年之后,最具体的万物联网实现,物联网装置数量被看好有智能手机十倍的市场规模,因此产业界面对此一趋势,也兴起一波投入热潮,希望能先行卡位抢占商机。

无线通信领域20年来的发展非常迅速,从移动电话问世到现在已经在讨论第五代标准,而在5G正式上路之前,LPWAN提供产业持续前进的动力,由于LPWAN相关技术难度不高,所以许多低功耗长距离的技术陆续被提出,较受注目的包括用户许可证频段的NB-IoT(Narrow Band-IoT),以及采用非授权频段的LoRaWAN、Sigfox、Weightless、HaLow、RPMA(Random Phase Multiple Access)等。

这些技术有些已发展一段时间因概念接近物联网应用而被归类LPWAN范畴,也有全新制定如NB-IoT,另有现有技术延伸的版本如HaLow,特别的是这些技术几乎同时在2017年就位,可以明显感受各技术阵营动作频频,预期这场竞赛在今年会是科技产业一整年最热门的话题之一。

LPWAN 概论与6个主要技术介绍与比较

目前较受关注的六个LPWAN技术中,大概可以从技术使用的无线电频段分成授权频段(License Band)与非授权频段(Unlicense Band)(表1),用户许可证频段技术为3GPP主导的NB-IoT,采用现有3G/4G网络,主要投入为电信营运商与相关设备厂商;而使用非授权频段技术就呈现遍地开花的状况,大部分不属于电信领域的ICT厂商都投入这些技术,甚至多方押宝。本文希望就2017年这些技术的发展现况与布局,观察未来LPWAN的样貌。

▼表1:LPWAN 六个主要技术。

NB-IoT力拼后来居上

3GPP在2016年惊觉LPWAN商机已经降临,决定于6月发表的R13规范就推出NB-IoT的正式标准,所以目前也还没有商业应用的案例,Vodafone宣布即将于2017年3月于德国、爱尔兰等国家推出服务。NB-IoT之所以受到瞩目,因为该技术是由3GPP主导,并获得三大电信设备商诺基亚(Nokia)、爱立信(Ericsson)、华为支持,加上全球三百多家电信营运商的移动网络布建覆盖全球90%以上区域与几十亿人口,而且不用布建新的网络,诺基亚(Nokia)解决方案营销部台港澳业务销售总监郑志中表示,NB-IoT三种网络运作频段,无论是在现有频段(In Band)、保护频段(Guard Band)或新频段(Stand Alone)皆可以简单的利用软件升级,在最短时间内推动服务上路。

另外,NB-IoT使用电信级网络,所以对于网络质量、讯息安全都有高度的保障,在部分敏感性较高的应用,如高价货品的追踪相对有利基。2017年3GPP还要发表R14版本的技术规范,在NB-IoT的部分包括,定位(Positioning)、多播(Multicast)、非标定的PBR增强(Non-Anchor PRB enhancement)、移动性与服务连续性(Mobility and service continuity)、新的功率消耗模式(New Power Class)、降低功率消耗与延迟性(Power consumption and latency reduction),让NB-IoT的技术竞争力更为完整。

不过,相信自Vodafone推出NB-IoT服务之后,许多营运商就会陆续跟进,2017年下半年会有更多的系统测试与上线,预计到2017年底会有约20个电信营运商推出相关服务,同时这段时间也是营运商推广其服务模式与终端产品的关键时刻,一般预测2018年以后才会是NB-IoT技术大显身手的时间,主要是R14版本的技术改善内容已经稳定也导入相关产品,同时营运商也可以摸索出市场接受的商业模式。

Sigfox积极布建网络

而在2017年NB-IoT还未站稳脚步的这一年,可以说是非授权频段技术可以拉开差距的最佳时机,原先以LoRaWAN、Sigfox、RPMA这些标准为主的LPWAN技术,技术成熟度本就领先NB-IoT一~二年,2017年部分LPWAN技术已经踏上商业化的脚步,若可以利用这不到两年的时间好好发展,或许就可以抢占先机,并借此在市场上取得一席之地。

来自法国的Sigfox显然非常清楚不管是授权频段的NB-IoT或非授权频段的竞争对手们,现阶段最重要的目标就是网络布建,与表1在2016年9月的统计数字相较,Sigfox 2017年1月的网络涵盖进步到了29个国家地区、170万平方公里、4亿7100万人口,包括透过其在台合作网络营运商优纳比(UnaBiz),于2016年12月启动六都的网络布建。

Sigfox计划于2018年将网络布建推进到60个国家。与其他LPWAN技术相较,Sigfox是传输速率最低的技术仅100bits/s,每天每个装置只能传送最多140个讯息,每个讯息酬载(Payload)最大12bytes。装置(TX)跟基地台(RX)之间不需要任何沟通,装置只要在对的频率发射讯号(使用SigFox Radio Protocol),基地台会自行接收讯息。

Sigfox定位为物联网的营运商,所以该公司自己掌握核心网络的营运与布建,强调一个国家地区一个营运商,全球同一网络,这是该技术最大的特色,但某种程度也是发展的一大阻碍,因为网络服务商无法进入其产业链,少了电信商的支持,Sigfox要进入消费性物联网市场难度将更为提升。

LoRa大军声势浩大

由IBM、Cisco领军的LoRa可以说是目前为止最受产业支持的LPWAN技术,LoRa联盟以17个赞助会员为主,甚至包括韩国SK Telecom与法国Orange与中兴这类电信厂商加入,台湾同样也有许多厂商参与,联盟中各领域类型的厂商都有,目前也积极在各地布建网络当中,台湾就有鸿海旗下的富鸿网于双北市布建了500个基地台;另外,正文科技也透过台北市智慧城市计划布建了一个LoRa实验网络。

LoRa表示,2016年有17个国家宣布建网计划,超过120个城市已有运行网络,也受到多个电信营运商支持,包括台湾的亚太电信也在鸿海集团资源的支持下,宣示进军LoRaWAN领域,并成立富鸿网串连上下游,其实行类似Sigfox的垂直整合模式,从上游的硬件制造到网络布建、服务供应一条龙的作法,如果该模式成功,可能会成为物联网时代领导厂商之一。

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