低功耗無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程中起到推動(dòng)助力的關(guān)鍵作用。

看好物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場(chǎng)，預(yù)估初期網(wǎng)絡(luò)設(shè)備布建需求強(qiáng)勁，科技大廠紛紛積極投入物聯(lián)應(yīng)用通信技術(shù)開發(fā)，其中針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特性優(yōu)化的低功耗無線廣域網(wǎng)方案技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，不意外成為這波物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)重點(diǎn)...

低功耗無線通信技術(shù)，除了現(xiàn)有方案較成熟的低功耗藍(lán)牙、低功耗Wi-Fi，或是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已相當(dāng)廣泛的ZigBee通信技術(shù)外，其實(shí)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求開發(fā)的低功耗無線廣域網(wǎng)方案技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場(chǎng)中更顯得格外受人注意。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用偏好LPWAN通信技術(shù)

LPWAN通信技術(shù)具更大范圍的無線傳輸距離，同時(shí)也能兼顧電池驅(qū)動(dòng)感測(cè)模塊終端所需的低功耗表現(xiàn)，因此備受物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)業(yè)者期待，不同技術(shù)陣營(yíng)的通信技術(shù)較勁在拉攏通信半導(dǎo)體大廠、技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)等方面動(dòng)作均持續(xù)不斷，力圖在短時(shí)間透過釋出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、加速測(cè)試驗(yàn)證搶下物聯(lián)通信訊技術(shù)主流地位。

LoRa聯(lián)盟搶食物聯(lián)網(wǎng)通信方案主導(dǎo)的動(dòng)作積極，例如Microchip在2015年即開始生產(chǎn)RN2483 LoRa通信模塊，RN2483使用868MHz免許可的應(yīng)用頻段進(jìn)行無線傳輸，同時(shí)符合LoRaWAN 1.0版協(xié)議規(guī)范，可以用來建構(gòu)長(zhǎng)達(dá)10英里的M2M(Machine to Machine)機(jī)器對(duì)機(jī)器低速無線傳輸應(yīng)用，設(shè)備若采取電池電力驅(qū)動(dòng)，還可提供相對(duì)較長(zhǎng)的使用電力備援。

LoRaWAN標(biāo)準(zhǔn)為瞄準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用規(guī)劃

與現(xiàn)有家用或工業(yè)用無線通信技術(shù)比較，LoRaWAN標(biāo)準(zhǔn)為瞄準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用規(guī)劃，技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離M2M無線數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)鏈結(jié)，并在低傳輸功耗基礎(chǔ)下進(jìn)行低速數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸通信，適用采電池為主要供應(yīng)電源的物聯(lián)網(wǎng)感測(cè)終端設(shè)備，電力供應(yīng)甚至可以延續(xù)維持長(zhǎng)達(dá)十年連續(xù)使用，加上相準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，LoRaWAN的聯(lián)網(wǎng)與終端擴(kuò)展能力，也可搭配LoRaWAN網(wǎng)關(guān)進(jìn)行高密度的感測(cè)終端部署。

以Microchip推出的RN2483 LoRaWAN功能模塊為例，由于模塊內(nèi)建LoRaWAN協(xié)議堆棧，RN2483可以快速完成開發(fā)所需的功能聯(lián)機(jī)部署，發(fā)展相應(yīng)支持LoRa聯(lián)盟基礎(chǔ)設(shè)施的鏈接需求，如銜接局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)或與電信服務(wù)商的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整合連接，行程可以跨城鎮(zhèn)甚至覆蓋全國面積的低功耗廣域網(wǎng)服務(wù)支持。

LoRaWAN兼具節(jié)能與長(zhǎng)距離無線傳輸應(yīng)用特質(zhì)

早期物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)者，通常僅能在感測(cè)終端開發(fā)上面對(duì)許多折衷設(shè)計(jì)，例如，開發(fā)可支持長(zhǎng)距離無線傳輸?shù)母袦y(cè)終端，就必須放棄終端設(shè)備的運(yùn)行功耗要求;而要求終端高效率的電池使用效能，也只能選擇低功耗、受傳輸距離限制的無線通信技術(shù)方案。

但無線數(shù)據(jù)傳輸距離與電池續(xù)航力性能的開發(fā)目標(biāo)，可以在導(dǎo)入LoRaWAN低功耗廣域網(wǎng)的通信方案獲得改善，建立具高度可擴(kuò)展性、實(shí)踐更長(zhǎng)傳輸距離、更低功耗與更低成本的感測(cè)終端，甚至建構(gòu)相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用還可省下延伸無線傳輸距離的中繼器、網(wǎng)關(guān)額外設(shè)備建置與部署成本。

除Microchip積極投入LPWAN物聯(lián)網(wǎng)解決方案應(yīng)用外，STMicroelectronics加入LoRa聯(lián)盟后積極布局LPWAN通信技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)。STMicroelectronics即與Semtech進(jìn)行LPWAN通信產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)，STMicroelectronics除將在LPWAN物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用積極推出微控制器整合LoRaWAN低功耗廣域網(wǎng)無線傳輸技術(shù)的解決方案外，也計(jì)劃與Semtech共同推廣LoRa技術(shù)，擴(kuò)展LoRaWAN無線通信技術(shù)方案進(jìn)入不同整合需求的物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制無線感測(cè)終端應(yīng)用。

Weightless-P支持雙向傳輸

Weightless技術(shù)則是LPWAN通信技術(shù)另一款重要的無線通信應(yīng)用方案，主導(dǎo)Weightless技術(shù)發(fā)展的Weightless SIG在2015年底也積極釋出更豐富的功能吸引應(yīng)用市場(chǎng)青睞，例如推出新技術(shù)的Weightless-P，針對(duì)基于廣域物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)下更高的連接擴(kuò)展終端應(yīng)用需求支持、建構(gòu)具備重要的雙向無線傳輸鏈路支持、高速數(shù)據(jù)傳輸速率能力(傳輸性能可動(dòng)態(tài)調(diào)整、200bps~100kbit/s速率進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸)，同時(shí)Weightless-P在基于蜂巢式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)下進(jìn)行功能擴(kuò)展，甚至可較現(xiàn)有LPWAN應(yīng)用提供更高容量的傳輸支持。

Weightless-P是基于開放性架構(gòu)的LPWAN通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，Weightless-P為使用免授權(quán)即可應(yīng)用的sub-GHz頻段運(yùn)作相關(guān)功能，使用12.5kHz的窄頻通道采FDMA(Frequency Division Multiple Access)+TDMA(Time Division Multiple Access)調(diào)變，作業(yè)于免授權(quán)的sub-GHz ISM空白頻譜(white space)頻段。進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，透過開放標(biāo)準(zhǔn)與更長(zhǎng)距離傳輸應(yīng)用支持，搭配關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)連接能力重新定義，提供物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用低復(fù)雜度、長(zhǎng)電池壽命、高可靠度、傳輸范圍長(zhǎng)與高安全的開放通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

由于Weightless-P標(biāo)準(zhǔn)為瞄準(zhǔn)傳輸條件相對(duì)較嚴(yán)苛的都會(huì)應(yīng)用環(huán)境需求設(shè)計(jì)，可在2km距離范圍內(nèi)支持采電池電力驅(qū)動(dòng)終端設(shè)備的移動(dòng)裝置，與無線應(yīng)用其他裝置進(jìn)行雙向無線數(shù)據(jù)通信。

Weightless-P標(biāo)準(zhǔn)號(hào)稱可在2016年初推出相關(guān)支持硬件。更有趣的是，基于Weightless-P標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，在IoT(Internet of Things)裝置與通信基地臺(tái)之間可以實(shí)踐時(shí)間同步、進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳輸，還可優(yōu)化無線電頻譜資源使用進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)裝置漫游聯(lián)機(jī)支持。

低功耗Wi-Fi HaLow技術(shù)方案

有趣的是，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)在太熱門，也吸引目前使用率最高的Wi-Fi網(wǎng)線通信技術(shù)陣營(yíng)為鞏固應(yīng)用主流地位，也釋出針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)連接需求架構(gòu)優(yōu)化的Wi-Fi HaLow低功耗通信技術(shù)方案。Wi-Fi HaLow為瞄準(zhǔn)低功耗傳輸需求開發(fā)，該通信技術(shù)為基于IEEE 802.11ah通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使用頻段為2.4GHz、5GHz或900MHz頻段，相較目前IEEE 802.11ac Wi-Fi通信技術(shù)，Wi-Fi HaLow低功耗通信技術(shù)在訊號(hào)覆蓋范圍可擴(kuò)展一倍，更長(zhǎng)的傳輸距離在部署物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用終端更具使用價(jià)值。

Wi-Fi HaLow通信技術(shù)方案，適合應(yīng)用于智能家居、智慧城市或智能工業(yè)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，比較現(xiàn)今主流Wi-Fi技術(shù)，由Wi-Fi HaLow低功耗通信技術(shù)的傳輸功耗極低、加上Wi-Fi通信應(yīng)用本身的技術(shù)滲透率較高，Wi-Fi具備可穿墻傳輸、較長(zhǎng)傳輸范圍等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于穿戴式應(yīng)用或是物聯(lián)網(wǎng)傳感器部署均具備導(dǎo)入價(jià)值。

Wi-Fi HaLow可以擴(kuò)展Wi-Fi無線通信技術(shù)至900MHz應(yīng)用頻段，這會(huì)適合如穿戴式電子應(yīng)用、特殊傳感器部署、或其他低功耗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用終端，無線傳輸可涵蓋的收/發(fā)范圍可以較現(xiàn)有Wi-Fi無線應(yīng)用擴(kuò)展一倍以上距離，由于該技術(shù)基于使用率相對(duì)高許多的Wi-Fi無線傳輸協(xié)議，業(yè)界一般預(yù)期在導(dǎo)入物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、相關(guān)技術(shù)軟/硬件與服務(wù)方面的無線通信驗(yàn)證，將可以加快應(yīng)用市場(chǎng)提高滲透率目標(biāo)。

Sigfox無線通信技術(shù)

來自法國的Sigfox無線通信技術(shù)，特性恰好與介于先前文章提到的LoRa與NB-IoT之間，Sigfox雖然采用非授權(quán)頻譜，但是需要仰賴廠商搭建的基地臺(tái)，如此一來便能在成本與通信質(zhì)量上取得平衡，此外Sigfox也提供Sigfox Could云端系統(tǒng)整合服務(wù)，能夠降低用戶開發(fā)程序、存取數(shù)據(jù)的復(fù)雜度。

Sigfox也是種低功耗廣域網(wǎng)(Low Power Wide Area Network，簡(jiǎn)稱LPWAN)規(guī)范，它采用Sub-1 GHz ISM頻段進(jìn)行通信，這種無線電波為運(yùn)作頻率在1GHz以下的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療專用波段，根據(jù)維基百科記載，使用這些頻段無需許可證或費(fèi)用，只需要遵守一定的發(fā)射功率(一般低于1W)，并且不要對(duì)其它頻段造成干擾即可。

雖然Sigfox與LoRa一樣，采用不需額外申請(qǐng)、支付相關(guān)費(fèi)用的非授權(quán)頻譜，但是它卻采用蜂巢式網(wǎng)絡(luò)通信硬件架構(gòu)，和NB-IoT一樣需要透過廠商搭建的基地臺(tái)提供通信服務(wù)，因此它的特性恰好夾在LoRa與NB-IoT之間，具有位于兩者之間的布建成本與通信質(zhì)量。

目前Sigfox已在法國、德國、美國等多個(gè)國家布建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，截止2017年1月為紙，其網(wǎng)絡(luò)已涵蓋29個(gè)國家和地區(qū)，臺(tái)灣部分則由Unabiz公司代理并負(fù)責(zé)建設(shè)，于2016年12月啟動(dòng)六都的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。根據(jù)中時(shí)電子報(bào)的報(bào)導(dǎo)Sigfox預(yù)定于2017年第1季完成六都網(wǎng)絡(luò)，并于2018年第1季達(dá)成臺(tái)灣全島覆蓋。

NB-IoT特別適合物聯(lián)網(wǎng)裝置使用

NB-IoT的全名為NarrowBand IoT，顧名思義，就是為物聯(lián)網(wǎng)裝置設(shè)計(jì)的窄頻無線電通訊技術(shù)，它是由3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計(jì)劃，功能為制定國際電信標(biāo)準(zhǔn)的組織)所提出的通訊標(biāo)準(zhǔn)，以目前手機(jī)使用的移動(dòng)通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，讓透過電池提供電力運(yùn)作的物聯(lián)網(wǎng)裝置，能夠具有長(zhǎng)距離通訊的能力，以及保持長(zhǎng)續(xù)航力的特色。

不同于LoRa采用非授權(quán)頻譜，NB-IoT則是采用授權(quán)頻譜，兩者主要的差異在于是否需要無線通信使用的頻段，是否需要經(jīng)過主管機(jī)關(guān)分配與授權(quán)電信商使用。簡(jiǎn)單地說，一般手機(jī)使用通訊頻段，就是屬于需要受到管制的授權(quán)頻譜，申請(qǐng)執(zhí)照后才能使用，一般人不能私自架設(shè)基地臺(tái)，而Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)則屬于非授權(quán)頻譜，大家都不需申請(qǐng)即可自行在家中裝設(shè)熱點(diǎn)。

由于LoRa采用的是非授權(quán)頻譜，因此在使用的過程中不會(huì)產(chǎn)生相關(guān)費(fèi)用，然而因?yàn)镹B-IoT采用頻率低于1GHz授權(quán)頻譜，根據(jù)NB-IoT vs LoRa Technology白皮書的信息，這種sub-GHz頻譜中，每MHz的申請(qǐng)成本約為美金500萬元，另一方面，因?yàn)镹B-IoT需要仰賴移動(dòng)通訊的基地臺(tái)，所以在建置成本上會(huì)比較高。

不過也就是因?yàn)镹B-IoT用戶許可證頻譜，因此訊號(hào)比較不會(huì)受到干擾，能夠避免在裝置繁多的環(huán)境中發(fā)生彼此干擾的問題。而且相較于LoRa使用的通訊方式為異步通訊協(xié)議，NB-IoT使用的同步通訊協(xié)議能夠降低通訊的延遲。

有趣的是，雖然NB-IoT需透過基地臺(tái)提供服務(wù)，但是它能兼容于4G移動(dòng)通訊的基地臺(tái)，因此在已經(jīng)具有4G移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域，只須需更新基地臺(tái)內(nèi)的軟件就能完成部署，不需重新架設(shè)專用基地臺(tái)，因此實(shí)際上并不會(huì)花費(fèi)太多時(shí)間與成本。