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智慧城市需求加温 低功耗物联网技术与应用并进

图片来源:https://pixabay.com/photo-3329994/

作者:程倚华 来源:新通讯

智慧城市等物联网应用的发展,带动了低功耗物联网的需求。不同的通讯技术皆有其优劣势,必须将适当的技术导入在适当的应用才能达到最高效率。近年来亦有厂商提出支持多通讯协议的产品,让开发者设计更灵活。

物联网(IoT)的各种应用正在扩大发酵中,像是智能家居、智慧交通、智慧建筑、智慧零售等等相关应用的发展都非常火热。这些物联网应用,也带动了低功耗物联网技术的发展,像是NB-IoT、LoRa、Sigfox以及蓝牙。低功耗传感器与微控制器(MCU)的需求也正在快速攀升中。因此,相关组件开发商也开始积极投入新产品研发,希望促成更多智慧联网应用。

全球运营商积极布建NB-IoT

在众多通讯技术之中,NB-IoT由于其数据传输量低、数据安全性高、可靠度高较无噪声等特性,成为物联网联机关键技术。

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图1 资策会智能系统研究所总监陈仕易指出,NB-IoT由于其安全性高等特性,成为物联网联机关键技术。

目前NB-IoT在欧洲运营商Vodafone、Deutsche Telekom以及中国电信业者的大力推动下,2018年将加速商用,并带动相关产品的出货与服务推出。由资策会MIC所提供的数据指出,在2018年预计全球将出现超过30个NB-IoT商用网络。

资策会智能系统研究所总监陈仕易(图1)指出,中国移动已于2017年加速NB-IoT网络布建,并预计在两年内完成40万个基地台建设;另一方面,中国联通除了NB-IoT外,亦展开LTE-M测试,预计将在2018年商用。台湾地区的电信运营商亦积极投入NB-IoT布建工作。

2018年后5G R16版本启动研拟

接下来,随着5G即将商用,也成为最为受到关注的物联网联机技术。然而,目前看来NB-IoT已能因应大部分的联机需求,未来5G技术是否能大显身手,得看创新应用是否能够在市场上出现。

现在NB-IoT即将要走向5G,依进度,2018年6月将会制定5G R15的第一个版本规格。陈仕易指出,在某些应用情境之中,NB-IoT即能满足需求,因此5G是否能在物联网领域占据一席之地,得看是否有相对应的新应用出现。

5G能够满足超宽带、低延迟、高可靠的应用特质。然而,亦有如工业物联网等等领域中的许多应用不需要用到5G那么高标准的技术支持。在介于NB-IoT与5G之间的许多物联网通讯需求尚未被满足,也并未纳入在R15版本之中。陈仕易指出,这些尚未受到重视的应用领域与相关通讯需求,将待2018年6月制定出5G R15之后讨论,有望在R16版本中纳入以上物联网联机需求。

智慧城市促通讯需求 LPWAN应用全球升温中

在5G时代的智慧城市,低功耗广域网(Low-Power Wide Area Network, LPWAN)带来了许多创新应用与商机。其中,LTE Cat.M1、NB-IoT皆有独特优势,在不同的物联网应用之中,可以运用不同的联机技术。因此,随着智慧城市话题热议,相关通讯技术的需求也随之增加。

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图2 优北罗商业开发主管黄俊豪指出,未来重要的智慧城市建设都将使用到各种LPWAN技术。

据研究单位统计,在2022年,全球智慧城市基础建设投资金额将会达到291亿美元,市场规模相当可观。优北罗(u-blox)商业开发主管黄俊豪(图2)指出,智能电表、智能路灯、智能交通系统都将是未来非常重要的智慧城市建设。而这些基础建设,也都将使用到各种LPWAN技术。

目前在全球各国已能看到各种不同的LPWAN在智慧城市中的应用实例。黄俊豪举例,在欧洲希腊与中国都能看到智慧路灯建设,除了可以中央控制所有路灯之外,还能够针对实时环境需求调节灯光。

联机技术截长补短

黄俊豪进一步说明,不同的LPWAN技术皆能合作、截长补短,Sigfox、NB-IoT、LoRa、LTE Cat.M1等等技术是可以互相搭配应用的。在未来智慧城市的应用之中,可以看到LPWAN有非常多元的应用。

举例而言,LTE Cat.M1较具有弹性的应用空间,与传统的NB-IoT相比之下能够有更好的切换速度,让数据传输不间断。就算车辆在高速行驶之中,只要时速在300公里之内,LTE Cat.M1的联机都不会因高速而中断。另外,LTE Cat.M1也支持语音传输。因此,在物流货品追踪或是在其他需要语音的服务中,LTE Cat.M1比NB-IoT更具优势。然而,NB-IoT虽然不能支持语音服务,然而以数据传输和省电的考虑而言,或是在地下室等讯号质量不好的环境,NB-IoT便能发挥其优势。

从2017年开始,在全世界都已经看到许多LPWAN的商用产品发布,可以看到无论是企业或是政府都对于NB-IoT与LTE Cat.M1的信心与日俱增。黄俊豪认为,未来欧洲将专注在NB-IoT的开发,只有在瑞士、荷兰、法国会率先开始采用LTE Cat.M1。然而,由于LTE Cat.M1能够在高速行进间稳定传输数据的特性,未来也会看到越来越多电信商在NB-IoT之后,开通LTE Cat.M1。这也是我们在未来的发展方向。

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图3 芯科科技台湾地区业务经理江志良表示,在设计物联网产品时,选择适当的无线通信技术是重要考虑。

多协议SoC实现更多应用

物联网兴起带动了各种无线通信技术的应用,不同的无线联机技术各有优势与缺点,能在不同的应用场景之中发挥所长。

因此,未来多种无线通信技术交互搭配应用将成为趋势,多协议系统单芯片(SoC)的需求将随之提升。

市场研究机构IHS Markit估算,在2017年全球共安装了270亿个物联网装置设备,其中又以消费性产品占最大宗,并且预测在2025年物联网设备将上看730亿台。芯科科技(Silicon Labs)台湾地区业务经理江志良(图3)强调,在此趋势之中,无线通信设备的成长幅度将会最大,并高于MCU与传感器(图4)。江志良进一步说明,在设计物联网产品时,选择一个适当的无线通信技术是重要考虑。而不同的无线通信技术各有其优缺点,也皆有其适合的应用场景,目前并没有一种传输技术能够满足所有的情境需求。

因此,透过搭载多种无线通信协议的系统单芯片,便能够借助各种无线通信技术的优点,实现更多元的物联网应用。

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图4 物联网所带动的市场与零组件预估值

举例而言,蓝牙虽支持声音传输且能与智能手机之间有很好的连结,然而该技术在物联网无线通信技术中,相对较为耗电。Zigbee则能够做到网状网络架构,非常适合使用在家庭监控与自动化应用领域,然而该技术的数据传输量在某些使用情境之中则略显不足。

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图5 意法半导体产品营销工程师庄维焘指出,ST在物联网相关的产品规划中,亦有结合长距离与短距离传输的产品。

透过多协议的交互运用,可以有效提升使用者体验。江志良以智能家居为例说明,现代人手机不离身,智能门锁可以利用手机常见的蓝牙联机来解锁开门;同时,当使用者进入家门之后,智能门锁可以透过Zigbee与灯具设备联机,就能够以智能手机做到灯光的控制。而在系统更新时,则可使用蓝牙联机达到较快速的数据传输速度。

意法半导体(ST)产品营销工程师庄维焘(图5)亦指出,ST在物联网相关的产品规划中,亦有结合长距离与短距离传输的产品。

除此之外,如Amazon Alexa、Google Home、Apple Homekit等等生态系的崛起,也加强了多协议系统单芯片的需求。面对不同的应用场景与生态系的崛起,众厂商与产品开发者对于多种联机技术的综合应用需求上升。透过单芯片多协议的支持,能够有效协助开发者将成本降低;同时,亦能够在设计过程中降低两种无线通信之间的干扰问题;另一方面,也能藉此简化周边线路,以缩小设备体积。

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