Sigfox LPWAN 物聯網 IoT

迎接巨量物聯網時代 Sigfox投入創新應用開發

2019-03-05
Sigfox旨在滿足全球物聯網應用的成本、功耗與覆蓋率三大需求,而隨著技術與應用端的演進,目前Sigfox訊號涵蓋版圖已達60個國家。為迎接巨量物聯網時代,Sigfox也持續投入雙模IoT聯網模組、機上盒、室內定位、新型微型基站以及創新物聯網解決方案等多元的應用發展。

Sigfox成立於2009年,從2012年開始推展Sigfox全球物聯網無線通訊服務業務,身為物聯網網路電信商,其願景為讓物聯網更能簡易且廣泛地使用,因為它的全球網路可以將數十億台設備連接到網際網路,同時盡可能地消耗較少的電能。

Sigfox認為萬物互聯的物聯網應用應僅需要傳送少量的數據,其網路小型訊息與低功耗的特性,適合應用在無需回傳大訊息量的情境。因此,Sigfox網路適用於資料傳輸量較小、且有耗電考量的情境。Sigfox將物聯網傳輸,以低價格、低消耗功率、簡單的設計,達成全球範圍服務等特點。以下簡介兩項Sigfox技術重要原理:

·極窄頻(Ultra-Narrow Band, UNB)技術

Sigfox的極窄頻技術,採用200kHz(實際使用為192kHz)頻寬來傳遞訊息,單一訊息占用頻寬為100Hz。也因其極窄頻的技術,可以在極低電力消耗下達到大範圍的訊號涵蓋。Sigfox的極窄頻技術在頻譜上相較於其他通訊技術所占的頻寬明顯小上許多,亦即訊號之間不容易互相碰撞、干擾,且在相同頻寬上能同時傳送的訊息量也較多。

·隨機存取(Random Access)

Sigfox在確保傳輸有效性的情況下,會在三個不同時間(毫秒)內於不同頻率發送三封訊息到終端設備附近的站台,並依照不同的無線配置區(Radio Configuration Zone, RCZ)而有不同的資料傳輸率(Data Rate)(RCZ1/3:100bps、RCZ2/4:600bps),以RCZ2/RCZ4為例,從發送訊息到Sigfox雲端需要0.35秒。

Sigfox設備到雲端的架構旨在解決全球物聯網應用的三大障礙:成本、功耗與全球覆蓋。據了解,目前為止Sigfox訊號涵蓋版圖已達60個國家。該技術最大的特色在於建立一個涵蓋全球的物聯網網路,經由各地特許的Sigfox網路營運商(Sigfox Network Operator, SNO)提供服務,原則上單一國家由單一業者負責,例如台灣特許營運商是優納比(UnaBiz)公司。

Sigfox一進入台灣市場即將目標放在建立整個生態圈(Eco-system)上,由最上游的晶片商一直到應用服務平台的服務商,整個生態圈已然成形,由於各類市場的變動與需求驟增,Sigfox也推出不同面向的應用解決方案,包括雙模IoT聯網模組、機上盒、室內定位、Wi-Fi定位服務、新型微型基站以及創新物聯網解決方案設計等。

Sigfox/蜂巢式網路雙模模組

隨著新模組製造商、設備製造商和SIM卡服務供應商等市場需求,市面上陸續出現雙模IoT模組,並發展出一個可供市場所需感測設備的新興生態系統。

而Sigfox與GCT自2017年9月推出全球首個針對物聯網的蜂巢式網路/Sigfox雙模解決方案以來,已經發展出其混合聯網生態系統,包括模組製造商、設備製造商以及SIM卡供應商。藉由這些生態系統合作夥伴的加入,推動跨產業物聯網應用的商業化。

GCT的GDM7243I晶片支援蜂巢式網路和Sigfox兩種互補聯網模式,透過Sigfox延長電池壽命,並藉由蜂巢式網路實現高流量聯網。混合解決方案將物聯網設備連接到Sigfox網路,並依需求切換到蜂巢式網路網路,提升物聯網連線可靠度。

藉由提供蜂巢式網路及Sigfox連線,用戶可將物聯網設備連接到LTE Cat M1/NB1、GSM和Sigfox網路,從而可延長電池壽命並依需求提供高流量連線。例如,以GDM7243I所設計的追蹤設備在Sigfox網路上進行位置追蹤時,可切換到蜂巢式網路網路以進行即時資產追蹤。該雙模設備在連接到Sigfox網路時,可在低功耗模式下運作,僅進行發送和接收通知;另外,在蜂巢式網路網路無法連線、擁塞、故障等情況下,Sigfox網路也可以做為雙模設備的備援連線。雙模設備藉由提供全球定位和停用被盜電話等功能,並提供緊急通報和定位功能,來增強設備安全性。

而隨著混合物聯網生態系統的擴展,該解決方案可望為更廣泛的物聯網應用提供新動能,包括追蹤器、穿戴設備、智慧汽車和公共事業能源量表及感測器等。

機上盒導入Sigfox

近年來,網路電視及網路電話風行使得機上盒成為智慧家庭的中樞神經系統。它豐富了新的網際網路服務,一開始由網際網路的連線,接著是電話,最後是電視及多媒體隨選視訊。機上盒開啟了智慧家庭及聯網鬧鐘等創新服務,這些新增的服務使得機上盒的可用性和安全性變得日益重要。而這也促使網路服務商Free轉向整合了Sigfox網路連線,來提升其安全性。將Sigfox連線和備援電池的整合,使得Freebox成為一個獨立的告警中控台,即使在網路斷線或市電故障時也會發出告警(圖1)。

圖1  機上盒導入Sigfox技術提升連線品質。

人們在日常生活中越來越依賴網際網路,然而當用戶想要提高連線速率以支援越來越多如4K影片等服務,就更應該確保連線的可靠度,也因此,業者將低速聯網技術整合入Freebox,Sigfox安裝了數百萬個GSM告警面板,可於3G或4G連接故障時作為備援連線。透過與機上盒的整合,也展現Sigfox提供不同於寬頻連線的備援聯網能力。

Sigfox定位追蹤裝置

Sigfox在2018年10月推出定位追蹤裝置Bubble,可支援全球的資產設備追蹤。該裝置是一微型發射器,可在短時間內完成安裝,而其涵蓋範圍視現場無線環境而定。此資產追蹤裝置Bubble由Sigfox的網管中心管理,在安裝過程中即可精準定位。運用Sigfox的連線可監控設備的電池電量、溫度及移動與否。此外,可經由Sigfox Cloud管理發射功率,來調整其涵蓋範圍(由1~100公尺),提高了設備定位的精準度。當Sigfox設備進入Bubble的範圍時,它會將Bubble的ID與設備ID一起發送到雲端,使得資產/設備可被精準地定位。

此外,Bubble也可支援智慧城市的應用,例如:在兒童背包或寵物項圈中安裝Sigfox標籤(Tag),可協助用戶解決兒童安全或丟失寵物的問題。此外,這些小型設備還可以輕鬆地支援自動化庫存,用戶可在倉庫中安裝Bubble,並藉之計算物品數量。

巨量物聯網定位服務

Atlas WiFi是使用於巨量物聯網應用的地理定位服務。Atlas WiFi在設計上考量成本、精度與低功耗,並在三者間取得均衡,提供無縫的室外和室內追蹤定位,專門針對全球供應鏈和物流相關應用進行優化。根據HTF市場研究報告預測,2022年物聯網物流業將達到1兆美元以上。

供應鏈和物流是全球經濟的基礎,顯而易見的是,人們對其效率的提升有很高的期望,藉由結合全球Sigfox網路和Wi-Fi設施註冊在HERE的定位套件中,Atlas WiFi是追蹤定位應用程序中的重要推手,可追蹤資產、貨櫃及各類貨品等可於整個供應鏈中由供應商倉庫、生產過程到世界各地的客戶手中完整的定位。

HERE和Sigfox技術的組合及全球的涵蓋範圍,讓用戶不僅可以定位其資產,還可以收集有效的數據資訊,優化整個物流流程,確保更佳的運輸條件,並提高服務可靠度。目前的應用實例包括航空運輸、行李/手推車管理、被竊/遺失車輛的定位、資產管理及貨櫃的定位。

與Sigfox網路相似,Wi-Fi具有全球涵蓋的特性,室內和室外覆蓋以及城市地區的高密度。Atlas WiFi結合了Sigfox和Wi-Fi兩種技術和資訊源,在沒有GPS的情況下,在各種不同的地理環境(城市和鄉村、室內和室外)中提供定位服務。該過程僅在幾分之一秒內完成,且所需的功耗相較於GPS定位也只是很一小部分。此強化的追蹤定位解決方案,除了可有效提高供應鏈和製造效率外,也可協助貨運和物流公司藉以提高其用戶滿意度。

微型基站提升Sigfox網路覆蓋

微型基站是一種專用於以高性價的方式強化物聯網應用部署於室內深層或室外延伸區域的訊號涵蓋解決方案,其使得各產業的用戶能以低成本快速擴展Sigfox網路的涵蓋範圍,這種直觀簡易的延伸涵蓋範圍方式可使企業能夠迅速改善其物聯網解決方案的性價效益。單一的微型基站可以覆蓋大面積的農村地區。而其極低的耗能使偏遠地區物聯網應用成為可能,只需一個小型太陽能電池板即可提供電源,低頻寬的衛星通道即可回傳訊息(圖2)。

圖1  機上盒導入Sigfox技術提升連線品質。

Sigfox微型基站外觀小巧、整合式天線及乙太網路供電等功能,使得該微型基站可在幾分鐘內完成安裝,並透過現有的網際網路接取點(AP)或行動網路連接到Sigfox雲端後台。微型基站提供高適應性且易於安裝的解決方案,可強化Sigfox物聯網設備的服務範圍。

創新物聯解決方案

物聯網的潛力無窮,然而,物聯網一直受到設備成本、電池消耗和解決方案可擴展性等的限制。為透過Sigfox技術克服這些障礙,解決當今的商業和環境問題,Sigfox也在2018年11月展開首屆駭客屋計畫。

Sigfox的第一屆駭客屋計畫吸引許多參賽者,包括來自全球各地的學生、開發人員和自由工作者,利用其物聯網知識並與Sigfox專案經理、設備製造商和新創公司執行團隊們共同合作,使用低功率廣域連線為當今一些最急迫的技術、環境或商業問題提出3個物聯網解決方案。首次在駭客屋發表活動中展示的物聯網解決方案,包括:

·聯網封條

旨在提高貨櫃運輸中的可靠度,此解決方案可在貨櫃封條被移除時通知進出口貨運公司。與其他解決方案相比,該應用以簡單、經濟、高效且可回收的方式提供所需訊息。

·Lali野火偵測

為解決最近的加州野火而創建,該應用可發送告警予消防員通知火災起火的時間和地點,並在火災造成大規模破壞之前快速提供他們所需的信息。

·42 Robolab

為幫助零售商在電子商務主導的世界中提供頂級的客戶體驗,該應用提供聯網貨架,可即時確認庫存,提供表現最佳的產品數據,使零售商能夠更智慧化地管理訂單。

Sigfox正在接受舊金山灣區下一屆駭客屋以及台北駭客屋的申請,這兩個駭客屋的申請都將於2019年第一季開放並於三月開始三個月密集的物聯網和技術培訓,本屆為第一次於台灣舉辦,希望藉由台灣技術實力的優勢,讓台灣可以站上世界的舞台。

Sigfox創新物聯網技術與應用,包括雙模模組、Freebox機上盒、Bubbles的室內定位、Atlas WiFi定位服務等應用、新型微型基站的上市到創新物聯網解決方案的設計等,可見Sigfox對於物聯網應用發展,讓所有產業數位化以及萬物聯網的概念實現於日常生活中,迎接海量物聯網時代的來臨。

(本文作者為優納比技術總監)

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