傳統電信通訊适合長距離的覆寫,但其功耗極大,且覆寫能力受到基地台建置密度影響,對于物聯網時代大量低資料傳輸需求應用情境,讓低功耗廣域網(Low
Power Wide Area Network;LPWAN)有異軍突起的機會,現今已廣泛應用在智能工廠、城市、農漁牧業等領域。
LPWAN相關技術難度不高,是以許多低功耗長距離的技術陸續推出,目前較受注目的包括使用者許可證頻段的NB-IoT(Narrow
Band-IoT),以及采用非授權頻段的LoRa、SIGFOX等,這些技術規範在相近時間推出,各陣營動作頻繁,這将是物聯網産業近期最熱門的話題。
正文科技執行董事楊正任表示,LPWAN資料量少其傳輸速率小于200kbps,其傳輸距離在市區可達3~5公裡、郊區可達10~15公裡,剛好補足現有WiFi、Zigbee等區域網路絡傳輸範圍缺口,另方面具有省電、長距離傳輸、成本低特性,又可彌補傳統蜂巢式電信高成本缺點。
研華科技資深産品經理林裕雄指出,"低功耗"對于物聯網應用極為重要,因為在物聯網的許多應用環境中,傳感器分散各處,可能是人迹罕至的荒郊野嶺、可能是交通不易的遠海高山,初期部署已經困難,但後續的巡檢維護則是更耗費人力成本的部份。
加上物聯網的應用生命周期也長,資料傳輸子產品的低功耗能力和設計,是關系到物聯網建置是否能夠有效降低LPWAN維護成本,成功發揮資料搜集效益的關鍵。
各種LPWAN技術規格比較表(資料源:DIGITIMES Research,2016/9)
楊正任強調,一般人常将LoRa、NB-IoT與SIGFOX相提并論,其實十分不正确,他進一步解釋SIGFOX隻是由法國SIGFOX營運商在全球各地部署的"LPWAN服務平台",而非共通傳輸協定,由SIGFOX"做莊"主導系統,透過各地營運商合作,打造一個服務可複制到全球SIGFOX網絡的商業模式,并向終端應使用者收取服務費用。
以智能手機作為比喻,SIGFOX如同智能手機制造商蘋果(APPLE),整個生态體系從硬體、軟體端都要遵循SIGFOX遊戲規則來進行,但也是以各參與者都采用相同軟硬體架構,獨樹一幟的好處是不會有硬體破碎化,連結整合相對較為容易。
相對地,LoRa則如同Android開放性,意味着對該技術有興趣的公司皆可部署營運,雖然LoRa具有聯盟标準規範,但面對各路參與者衆聲喧嘩,難免就會破碎化,但其開放式平台則有利于各方協力創新,讓技術發展較為先進。
目前LPWAN仍以LoRa為主力,且有一定的需求量,他分析SIGFOX為一封閉體系,由單方面主導發展,在技術發展上相對會有些局限,相同使用非授權頻段的LoRa,反之在供貨商協力合作,提供多樣式技術整合,在抗幹擾性、傳輸效率相對來說都較為進步。
另一方面,由國際電信聯盟(International Telecommunication
Union;ITU)訂的标準NB-IoT,主要采用授權帶寬,隻需将現有基地台更新就可以,因為透過授權帶寬,比較不會有幹擾,适合需要高度可靠資料傳輸,或者服務覆寫較廣的應用領域,但因為需透電信業者中介,導入成本會較高。
LPWAN的規格競争,常有人提及會不會重演4G規格競争戲碼?楊正任說,各種規格各有擅長,适合應用于不同情境,例如SIGFOX具有服務平台規格化及大區域營運的優勢,但LoRa則擅長行業專網的應用,廠商可自主建構封閉私有的網絡應用,在成本上相較于其他解決方案更具優勢。
電信業者雖已開始采用NB-IoT技術,投入LPWAN資料傳輸營運服務,但許多的物聯網應用是位于電信訊号偏弱、甚至沒有訊号服務的地方,NB-IoT就不是合适的應用技術,此時,LoRa網關(Gateway)就可以其相對成本低廉、建置容易的優勢,協助使用者快速建立私人通訊網絡,搜集所需資料。
此外,LPWAN與其他LTE蜂巢網絡、區域型網絡(LAN)間也非競争對立,更像是互補關系,物聯網應用面對各種複雜網絡環境,為了适應不同創新應用,需要多種無線傳輸互為支援補充,讓在不同場景下之應用可切換至合适的無線傳輸方式,實作最好的系統效能。
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