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低功耗物聯網技術與應用論壇
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物聯網(IoT)的各種應用正在擴大發酵中,像是智慧家庭、智慧交通、智慧建築、智慧零售等等相關應用的發展都非常火熱。這些物聯網應用,也帶動了低功耗物聯網技術的發展,像是NB-IoT、LoRa、Sigfox以及藍牙。低功耗感測器與微控制器(MCU)的需求也正在快速攀升中。因此,相關元件開發商也開始積極投入新產品研發,希望促成更多智慧聯網應用。 

全球營運商積極布建NB-IoT 

在眾多通訊技術之中,NB-IoT由於其資料傳輸量低、資料安全性高、可靠度高較無雜訊等特性,成為物聯網連線關鍵技術。 

圖1 資策會智慧系統研究所總監陳仕易指出,NB-IoT由於其安全性高等特性,成為物聯網連線關鍵技術。
目前NB-IoT在歐洲營運商Vodafone、Deutsche Telekom以及中國電信業者的大力推動下,2018年將加速商用,並帶動相關產品的出貨與服務推出。由資策會MIC所提供的數據指出,在2018年預計全球將出現超過30個NB-IoT商用網路。 

資策會智慧系統研究所總監陳仕易(圖1)指出,中國移動已於2017年加速NB-IoT網路布建,並預計在兩年內完成40萬個基地台建設;另一方面,中國聯通除了NB-IoT外,亦展開LTE-M測試,預計將在2018年商用。台灣的電信營運商亦積極投入NB-IoT布建工作。 

2018年後5G R16版本啟動研擬 

接下來,隨著5G即將商用,也成為最為受到關注的物聯網連線技術。然而,目前看來NB-IoT已能因應大部分的連線需求,未來5G技術是否能大顯身手,得看創新應用是否能夠在市場上出現。 

現在NB-IoT即將要走向5G,依進度,2018年6月將會制定5G R15的第一個版本規格。陳仕易指出,在某些應用情境之中,NB-IoT即能滿足需求,因此5G是否能在物聯網領域占據一席之地,得看是否有相對應的新應用出現。 

5G能夠滿足超寬頻、低延遲、高可靠的應用特質。然而,亦有如工業物聯網等等領域中的許多應用不需要用到5G那麼高標準的技術支援。在介於NB-IoT與5G之間的許多物聯網通訊需求尚未被滿足,也並未納入在R15版本之中。陳仕易指出,這些尚未受到重視的應用領域與相關通訊需求,將待2018年6月制定出5G R15之後討論,有望在R16版本中納入以上物聯網連線需求。 

智慧城市促通訊需求  LPWAN應用全球升溫中  

在5G時代的智慧城市,低功耗廣域網路(Low-Power Wide Area Network, LPWAN)帶來了許多創新應用與商機。其中,LTE Cat.M1、NB-IoT皆有獨特優勢,在不同的物聯網應用之中,可以運用不同的連線技術。因此,隨著智慧城市話題熱議,相關通訊技術的需求也隨之增加。 

圖2 優北羅商業開發主管黃俊豪指出,未來重要的智慧城市建設都將使用到各種LPWAN技術。
據研究單位統計,在2022年,全球智慧城市基礎建設投資金額將會達到291億美元,市場規模相當可觀。優北羅(u-blox)商業開發主管黃俊豪(圖2)指出,智慧電表、智慧路燈、智慧交通系統都將是未來非常重要的智慧城市建設。而這些基礎建設,也都將使用到各種LPWAN技術。 

目前在全球各國已能看到各種不同的LPWAN在智慧城市中的應用實例。黃俊豪舉例,在歐洲希臘與中國都能看到智慧路燈建設,除了可以中央控制所有路燈之外,還能夠針對即時環境需求調節燈光。 

連線技術截長補短 

黃俊豪進一步說明,不同的LPWAN技術皆能合作、截長補短,Sigfox、NB-IoT、LoRa、LTE Cat.M1等等技術是可以互相搭配應用的。在未來智慧城市的應用之中,可以看到LPWAN有非常多元的應用。 

舉例而言,LTE Cat.M1較具有彈性的應用空間,與傳統的NB-IoT相比之下能夠有更好的切換速度,讓資料傳輸不間斷。就算車輛在高速行駛之中,只要時速在300公里之內,LTE Cat.M1的連線都不會因高速而中斷。另外,LTE Cat.M1也支援語音傳輸。因此,在物流貨品追蹤或是在其他需要語音的服務中,LTE Cat.M1比NB-IoT更具優勢。然而,NB-IoT雖然不能支援語音服務,然而以資料傳輸和省電的考量而言,或是在地下室等訊號品質不好的環境,NB-IoT便能發揮其優勢。 

從2017年開始,在全世界都已經看到許多LPWAN的商用產品發布,可以看到無論是企業或是政府都對於NB-IoT與LTE Cat.M1的信心與日俱增。黃俊豪認為,未來歐洲將專注在NB-IoT的開發,只有在瑞士、荷蘭、法國會率先開始採用LTE Cat.M1。然而,由於LTE Cat.M1能夠在高速行進間穩定傳輸資料的特性,未來也會看到越來越多電信商在NB-IoT之後,開通LTE Cat.M1。這也是台灣在未來的發展方向。 

圖3 芯科科技台灣區業務經理江志良表示,在設計物聯網產品時,選擇適當的無線通訊技術是重要考量。
多協定SoC實現更多應用 

物聯網興起帶動了各種無線通訊技術的應用,不同的無線連線技術各有優勢與缺點,能在不同的應用場景之中發揮所長。 

因此,未來多種無線通訊技術交互搭配應用將成為趨勢,多協定系統單晶片(SoC)的需求將隨之提升。 

市場研究機構IHS Markit估算,在2017年全球共安裝了270億個物聯網裝置設備,其中又以消費性產品占最大宗,並且預測在2025年物聯網設備將上看730億台。芯科科技(Silicon Labs)台灣區業務經理江志良(圖3)強調,在此趨勢之中,無線通訊設備的成長幅度將會最大,並高於MCU與感測器(圖4)。江志良進一步說明,在設計物聯網產品時,選擇一個適當的無線通訊技術是重要考量。而不同的無線通訊技術各有其優缺點,也皆有其適合的應用場景,目前並沒有一種傳輸技術能夠滿足所有的情境需求。 

因此,透過搭載多種無線通訊協定的系統單晶片,便能夠借助各種無線通訊技術的優點,實現更多元的物聯網應用。 

圖4 物聯網所帶動的市場與零組件預估值
舉例而言,藍牙雖支援聲音傳輸且能與智慧型手機之間有很好的連結,然而該技術在物聯網無線通訊技術中,相對較為耗電。Zigbee則能夠做到網狀網路架構,非常適合使用在家庭監控與自動化應用領域,然而該技術的資料傳輸量在某些使用情境之中則略顯不足。 

圖5 意法半導體產品行銷工程師莊維燾指出,ST在物聯網相關的產品規畫中,亦有結合長距離與短距離傳輸的產品。
透過多協定的交互運用,可以有效提升使用者體驗。江志良以智慧家庭為例說明,現代人手機不離身,智慧門鎖可以利用手機常見的藍牙連線來解鎖開門;同時,當使用者進入家門之後,智慧門鎖可以透過Zigbee與燈具設備連線,就能夠以智慧型手機做到燈光的控制。而在系統更新時,則可使用藍牙連線達到較快速的資料傳輸速度。 

意法半導體(ST)產品行銷工程師莊維燾(圖5)亦指出,ST在物聯網相關的產品規畫中,亦有結合長距離與短距離傳輸的產品。 

除此之外,如Amazon Alexa、Google Home、Apple Homekit等等生態系的崛起,也加強了多協定系統單晶片的需求。面對不同的應用場景與生態系的崛起,眾廠商與產品開發者對於多種連線技術的綜合應用需求上升。透過單晶片多協定的支援,能夠有效協助開發者將成本降低;同時,亦能夠在設計過程中降低兩種無線通訊之間的干擾問題;另一方面,也能藉此簡化周邊線路,以縮小設備體積。

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