淺談物聯網技術與展望

Thursday 23rd March 2017
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5G 世代啟動了!5G 網路涵蓋的應用層面更加寬廣,主要包含兩個並行但訴求方向截然不同的網路覆蓋:一個是超高速頻寬,另一個是低功耗廣域。超高速頻寬的網路讓高資料量、超低延遲的傳輸變成可行,由於高功耗的關係,主要會應用在與人交互之間的應用。低功耗廣域的網路 (LPWAN, Low-Power Wide-Area Network) 則以巨量的物與物的連接和部分人與物的交互作用為主要應用場景。因為有極其大量的端點裝置需要採用低功耗廣域網,期將帶來巨大的商業價值,但面對這樣一個應用多變的網路,如何最佳的解決特定場景所要求的資料流量小、人工幹預少、部署時間長,比如像智慧抄表、智慧停車、生態農業、智慧建築等,以現有廣泛商用的2G/3G/4G、WLAN及其他無線技術都無法應對。

廣義來說既有的 GPRS/GSM 技術都有機會應用在廣域的物聯網,但是在全球電信標準的演化過程中,這類 2G 技術將在近期被快速淘汰,發展更合適的低功耗廣域網路標準變成業界殷切的期盼,也是不同標準之間激烈競爭的戰場。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譜由 3GPP 支持的 2G/3G/4G 移動技術的 LTE-Cat-M 和 NB-IoT。

在標準的競爭態勢上,Lora 和 SigFox 已經起跑了數年,也有其特定擁護者,但是在依賴使用未授權頻譜來支援服務狀況下,此類技術無法有效訴求於既有的全球營運商,相對的 3GPP 所支援的技術可比使用 Lora 和 SigFox 技術擁有資料安全性、建設網路成本、產業鏈和網路覆蓋的優越性,共重要的 3GPP 所支援的技術可以企及更大的客群規模。我們可以從 NB-IoT 能支援全球網路就略窺一二。

而事實上從技術規格也看得出 3GPP 所支持的 NB-IoT 對 Lora 和 SigFox 有著顯著的優勢。所以在可見的未來,NB-IoT 技術崛起,將會限制並進一步取代早發展的 Lora 或 SigFox 市場。

3GPP 提出的技術主要有三種標準: LTE-Cat-M、EC-GSM、NB-IoT。
LTE-Cat-M 的 M 意旨 Machine-to-Machine,是基於 LTE 演進的物聯網技術,透過現有的 LTE 載波滿足物聯網設備的需求。EC-GSM (Extended Coverage-GSM) 為擴展覆蓋 GSM 技術,屬於基於傳統 2G 技術的升級。其原本訴求是將窄帶 (200 kHz) 物聯網技術遷移到GSM上,尋求比傳統GPRS高20dB的更廣的覆蓋範圍,這像是把一座老屋給重新整建。但隨著技術的演進,原本的通信協定需要進行重新定義,以期得到乾淨的通訊環境,這稱為 clean-slate 方案,有點像是把環境重新整理乾淨後再來蓋個完整嶄新的大樓,這就出現了 NB-IoT。

NB-IoT 可以視作是個全新的低功耗廣域物聯網技術,相對於現有LTE網絡上的更動較大,但卻是唯一能夠達成以下五大目標的技術:提升室內覆蓋性能、支援大規模設備連接、減小設備複雜性、減小功耗和減少時間延遲。在標準的支持上 NB-IoT 對硬體的要求 (如記憶體和雙工器) 並沒有 LTE-Cat-M 來的嚴格,因此在應用的實踐上更能貼近大量部屬的商轉成本。加上 NB-IoT 在資料傳輸量上的突破,可望在電信商的支持上得到更大的助力,我們已經觀察到 NB-IoT 整體網路佈建速度已經在不同區域國家加速進行。

NB-IoT作為全球電信等級的覆蓋技術,在低功耗、低成本、廣覆蓋等方面表現都優於其他技術。目前,NB-IoT的核心標準制定完成不久,在運營商的大力推進和廠家的積極配合下,隨著場域測試及測試部署的推進,相信NB-IoT的產業鏈將逐步走向成熟。

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