低功耗廣域物聯網與應用

物聯網 智能手錶 通信 穿戴設備 物聯之家網 2017-05-30

低功耗廣域物聯網與應用

來源:物聯之家網(www.iothome.com)

萬物互聯是現階段科技發展的大趨勢,我們從臺式、筆電到手機或手錶,智能裝置逐步滲透在生活的每個環節中,智能化裝置的第一個要務就是建立通訊聯機,讓數據可以順利流動,進而變成有效可以加以利用的訊息流。美國計算器技術工業協會(CompTIA)預測,從計算機到監視器再到汽車,聯網設備的數量在 2014 年至 2020 年間的年複合增長率預計高達 23.1%,到2020年達到 501億的規模,網內每一個設備都具有至少一個基於芯片的模塊。

物聯網 (IoT, Internet of Things) 可以透過通訊技術,將各種連接的組合實現,不管是人與物或者物與物進行連接,都需要應對場域採用合適的通訊技術,以達到規模性經濟以及量產的可行性。在居家,辦公室,商場或工廠的場域中有機會採用短距離通訊技術,但是擴及到廣範圍遠距離的連接則必須要遠距離通訊技術。低功耗廣域 (LPWA, Low-power Wide-area) 物聯網技術正是應對這種物聯網需求而生的遠距離通訊技術。而在具大規模部署與量產的可行性下,有望進一步取代短距離通訊技術的應用。

拜移動裝置的科技所賜,全球電信運營商已經構建了覆蓋全球的完善網絡,雖然這些移動裝置用網絡 (2G/3G/4G等) 覆蓋距離無遠弗屆,但有著功耗大且成本高的劣勢,畢竟這個既有的全球網絡是基於人與人的通信為主。因此,在為了滿足爆炸性成長的人與物以及物與物的連接需求,低功耗廣域物聯網技術開展出來,技術也有著低功耗,遠距離,低帶寬,大規模連接的優勢。經過初期百家爭鳴的階段,低功耗廣域物聯網技術逐漸分成兩個族群,一類是未授權頻譜的 Lora 和 SigFox,另一類是運作於授權頻藉助 3GPP 支持的 2G/3G/4G 移動技術的 LTE Cat-M 和 NB-IoT。

由於未授權頻譜無法得到既有豐富的全球運營商的豐富資源,所以由 3GPP 支持的可以作為全球標準與覆蓋可行性的低功耗廣域技術可望在建設與技術到位後快速普及。我們展望到 2020 年物聯網模塊的成長,可以看出在基地臺與技術支持到位的時候,NB-IoT 所代表的低功耗廣域物聯網技術將有爆炸性的發展。在這些應用低功耗廣域物聯網技術的垂直市場中,以交通運輸,表計,遠程控制,和銷售點系統為主要的驅動力。這些其實都是屬於工業用,商業用甚至農業用,具大規模部署的潛力。

讓我們進一步看低功耗廣域物聯網所需要的主要功能為何。在這領域可以分成兩大類:固定式的需求,以及移動式的需求。

固定式的需求,需要的數據傳輸量通常小於 10kbps,通常也是需要間隔一段時間才需要連上通訊網絡,間隔可以從數分鐘倒數小時,這樣可以把收集好一段時間的數據上傳出去,並且合適的休眠達到低功耗的實現。由於大部分是部署在廣陌的區域亦或是為了減少人力動員維護或操作,對電池的需求會是以數年甚至十年為期望。基於主要可以用來收集周邊環境的數據,在傳感器的擴充能力上也有需求。像是智能農場上的對土壤空氣水的監控,涵蓋整個城市或國家的水電燃氣的智能網絡監控,都可以用低功耗廣域物聯網來做最佳的部屬。在日常生活中智能表計用來傳出水電瓦斯燃氣等數據,可以讓計費更精準有效,避免不需要的人力抄表浪費,實現建築智能化。,

低功耗廣域物聯網與應用

移動式的需求,需要的數據往往介於 12.2 Kbps 到 120 Kbps 之間,主要視語音傳遞所需的分辨率而定。這類的應用也通常需要較頻繁的聯機,通常以秒為單位,由於對所處位置的信息的主力需求,最重要的是要能夠在長距離跨區域的移動狀態下保持實時聯機,這部分也是其他沒有大區域覆蓋能力的技術無法企及的。像是去年年底開始火紅的共享單車,對於單車的位置和使用狀況數據傳遞就非常適合移動式的低功耗廣域物聯網技術,這類應用技術也可以進一步推廣到共享汽車等其他概念上。應用在個人使用的行動裝置,像是智能手錶,可以隨時保持所需限度的聯機,又不致於大量消耗電池電力,可以讓使用的時間大大拉長。在商用的車隊管理上,透過低功耗廣域物聯網,可以讓精準位置的信息和行車相關的數據得以聯機,有任何變動或突發狀況,都可以實時回饋到中央控制區來決定處理機制。

從不少市場調查和趨勢分析,我們可以明確察覺到物聯網正在蓬勃發展,在不同的應用場景我們會採用成本和支持最合適的技術來實現,在高速高功耗的網絡已經布建成熟並繼續演進的同時,針對極低速,極低成本,低功耗但具大規模部署的應用正悄然成型,如智能表計,傳感器數組數據傳輸,車隊管理追蹤等都在產生物聯網革命,這些是低功耗廣域物聯網特別適用的,也是終端裝置數量上最多的。

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