Cellular IoT NB-IoT LTE-M 物聯網

基礎建設/晶片模組漸完備 蜂巢式物聯網邁開商用步伐

2019-04-09
蜂巢式IoT雖然起步較晚,但在各國電信商與電信設備業者的投入之下,基礎建設已越來越完備,而晶片與模組商也持續投入新產品的開發,使得蜂巢式物聯網市場發展越趨成熟,更有望在2019年實現大規模商用。

雖然蜂巢式物聯網(Cellular IoT)目前與其他低功耗廣域網路(Low-Power Wide-Area Network, LPWAN)技術仍處於分庭抗禮之勢,但可望在2019年邁開步伐向前衝。這是一個大膽的預言。即使競爭的低功耗廣域網路技術(例如:LoRa和Sigfox技術)似乎在宣稱商業成功方面領先一步,並且每一個模組的價格也較低,然而,蜂巢物聯網最終將會在2019年實現大規模的商業應用。

蜂巢式IoT布建如火如荼

經過多年詳細的幕後規畫、開發和測試,包括Nordic Semiconductor、愛立信(Ericsson)和Telenor在內的窄頻物聯網(NB-IoT)/LTE-M數據機(Modem)製造商、基礎設施供應商以及網路營運商等早已攜手合作,準備於2019年在主要的大眾市場推出應用。

目前,全球各大網路都同時支援NB-IoT和LTE-M這兩種技術。這樣的決定部分原因是因為每種蜂巢IoT技術具有不同的優點。舉例來說,NB-IoT的頻寬為200kHz,具有較大的範圍但輸送量較低,下行和上行鏈路速率分別只有60kbps和30kbps,因此適用於資料密集程度較低的遠端應用,如智慧電表和農作物監控。

而LTE-M技術的頻寬為1.4 MHz,下行和上行鏈路的速率分別可達375kbps和300kbps,輸送量較NB-IoT高,適用於交通控制和病患監控等應用。同時支援這兩種技術決策的原因也部分是因為商業因素,因為這可以讓網路營運商覆蓋所有潛在的客戶需求和應用。

以亞洲國家來說,台灣的亞太電信同時投入NB-IoT和LTE-M,目標是在2020年底達到200萬個IoT連接。而其它台灣電信商包括台灣大哥大、中華電信和遠傳電信主要集中發展NB-IoT。在中國方面,中國移動在2018年8月已支援超過3.84億整體IoT連接,較前一年大幅提升;中國電信則在全國範圍升級了31萬個基站以支援NB-IoT;另外,中國聯通正在20多個城市提供商用NB-IoT服務。

另外,在日本方面,SoftBank與Ericsson合作,全國推行Cat-M1/NB-IoT技術。配合該公司現有覆蓋全國的LTE網路,其已經擁有完整的蜂巢IoT解決方案,並聲稱進行了全球首次非IP資料配送(Non-IP Data Delivery, NIDD)的商用測試。NTT Docomo及KDDI也營運全國性的LTE-M網路。

而印度的Reliance Jio、Vodafone和Bharti Airtel預計將在NB-IoT推展上處於領先地位。Reliance Jio已成功進行測試,並正與Ericsson和三星合作推行NB-IoT網路。Bharti Airtel則公布建立網路的計畫,還表示與美國電信商Verizon商討策略性合作。

晶片/模組新品開發

在網路營運商及其基礎設施合作夥伴全力建立大規模蜂巢物聯網應用基礎之時,市場上的數據機供應商也不是停滯不前無所作為,相反地,其皆積極地開發新產品,協助客戶克服設計時所面臨到的挑戰。舉例來說,蜂巢物聯網為人所詬病的複雜性是妨礙它被採用的一個因素。雖然某些供應商的LTE-M產品確實難以設計(甚至提供的功能也有限),不過,仍有廠商提供的蜂巢物聯網產品試圖克服這些限制。

市場上已有nRF91系列低功耗蜂巢物聯網模組,旨在解決蜂巢物聯網設計的複雜性問題。這款產品將LTE的複雜性隱藏起來,使得只有很少或完全沒有蜂巢技術經驗的開發人員能夠專注於以LPWAN為基礎的應用開發。它們採用了一種可將應用程式碼與RF協定軟體(堆疊)分隔的軟體架構,這不僅消除了兩者間的依賴關係,並且降低了在應用程式開發期間損壞堆疊的風險;還有預先通過認證並且可立即使用的LTE-M/NB-IoT SiP模組,把蜂巢IoT化繁為簡,以擴展這種技術的應用範圍。

這個系列中的首個模組支援LTE-M和NB-IoT,分別通過了FCC和CE監管認證要求,也獲得了GCF認證,這是符合3GPP LTE規範和全球蜂巢網路互操作性標準的行動通訊行業品質標誌,這意味著該SiP已獲批准部署在世界各地的蜂巢網路和蜂巢物聯網產品應用中。而這也是首款採用ARM最新推出的ARM Cortex M-33 CPU核心的蜂巢式IoT模組,以及首個將ARM最先進的ARM TrustZone和ARM CryptoCell安全功能融入網際網路層級加密和應用保護的模組。

技術可靠性/易用性為市場首要考量

另一方面,與其相互競爭的LPWAN技術怎麼樣呢?歷史確實證明,像Sigfox這樣的非授權頻段技術可在早期很成功。例如,在低功耗藍牙(BLE)標準規範推出之前,Nordic在專有2.4GHz無線連接晶片方面就已相當成功,但這種成功是在沒有標準的情況下建立的;一旦低功耗藍牙被業界採用,很快地便獲得Nordic及其他公司就將它推到主導的地位。

然而,相對於扼殺競爭和創新的專有壟斷,市場更喜歡標準所帶來的多供應商環境,同時也較喜歡標準所強調的互通性、可靠性、服務品質和持續性的開發。

至於模組成本怎麼樣呢?確實,一些LPWAN模組的售價僅為1美元,而且不需要月租費。不過,價格絕不是技術成敗的最大因素,而是技術解決問題的能力才是決定它是否能夠成功的因素。如果該解決方案能帶來更大的價值和易用性,客戶將會支付更多的費用。如果一個便宜的無線物聯網模組不能與世界各地的既有基礎設施(不僅僅是在那些碰巧擁有網路支援的城市)協調工作,那麼它就沒有什麼價值。

相較之下,蜂巢物聯網的全球基礎設施已經就緒並且運行良好,基礎LTE技術經過驗證,具有高可靠性、互通性,而且非常安全,沒有任何一個競爭LPWAN解決方案可以宣稱具備相同的優勢。不過,在超低功耗無線領域,非標準產品則會成為小眾市場的替代選項。

NB-IoT和LTE-M蜂巢物聯網即將在全球各個國家進行大規模部署,由高性能且易於設計的數據機提供支援,將會同樣如同其他非標準LPWAN技術應用進入市場,無論這些模組是否便宜。

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