低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)與應(yīng)用的體現(xiàn)
萬物互聯(lián)是現(xiàn)階段科技發(fā)展的大趨勢,我們從臺式、筆電到手機或手表,智能裝置逐步滲透在生活的每個環(huán)節(jié)中,智能化裝置的第一個要務(wù)就是建立通訊聯(lián)機,讓數(shù)據(jù)可以順利流動,進而變成有效可以加以利用的訊息流。
萬物互聯(lián)是現(xiàn)階段科技發(fā)展的大趨勢,我們從臺式、筆電到手機或手表,智能裝置逐步滲透在生活的每個環(huán)節(jié)中,智能化裝置的第一個要務(wù)就是建立通訊聯(lián)機,讓數(shù)據(jù)可以順利流動,進而變成有效可以加以利用的訊息流。美國計算器技術(shù)工業(yè)協(xié)會(CompTIA)預測,從計算機到監(jiān)視器再到汽車,聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量在 2014 年至 2020 年間的年復合增長率預計高達 23.1%,到2020年達到 501億的規(guī)模,網(wǎng)內(nèi)每一個設(shè)備都具有至少一個基于芯片的模塊。
物聯(lián)網(wǎng) (IoT, Internet of Things) 可以透過通訊技術(shù),將各種連接的組合實現(xiàn),不管是人與物或者物與物進行連接,都需要應(yīng)對場域采用合適的通訊技術(shù),以達到規(guī)模性經(jīng)濟以及量產(chǎn)的可行性。在居家,辦公室,商場或工廠的場域中有機會采用短距離通訊技術(shù),但是擴及到廣范圍遠距離的連接則必須要遠距離通訊技術(shù)。低功耗廣域 (LPWA, Low-power Wide-area) 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正是應(yīng)對這種物聯(lián)網(wǎng)需求而生的遠距離通訊技術(shù)。而在具大規(guī)模部署與量產(chǎn)的可行性下,有望進一步取代短距離通訊技術(shù)的應(yīng)用。
拜移動裝置的科技所賜,全球電信運營商已經(jīng)構(gòu)建了覆蓋全球的完善網(wǎng)絡(luò),雖然這些移動裝置用網(wǎng)絡(luò) (2G/3G/4G等) 覆蓋距離無遠弗屆,但有著功耗大且成本高的劣勢,畢竟這個既有的全球網(wǎng)絡(luò)是基于人與人的通信為主。因此,在為了滿足爆炸性成長的人與物以及物與物的連接需求,低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展出來,技術(shù)也有著低功耗,遠距離,低帶寬,大規(guī)模連接的優(yōu)勢。經(jīng)過初期百家爭鳴的階段,低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸分成兩個族群,一類是未授權(quán)頻譜的 Lora 和 SigFox,另一類是運作于授權(quán)頻借助 3GPP 支持的 2G/3G/4G 移動技術(shù)的 LTE Cat-M 和 NB-IoT。
由于未授權(quán)頻譜無法得到既有豐富的全球運營商的豐富資源,所以由 3GPP 支持的可以作為全球標準與覆蓋可行性的低功耗廣域技術(shù)可望在建設(shè)與技術(shù)到位后快速普及。我們展望到 2020 年物聯(lián)網(wǎng)模塊的成長,可以看出在基地臺與技術(shù)支持到位的時候,NB-IoT 所代表的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將有爆炸性的發(fā)展。在這些應(yīng)用低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的垂直市場中,以交通運輸,表計,遠程控制,和銷售點系統(tǒng)為主要的驅(qū)動力。這些其實都是屬于工業(yè)用,商業(yè)用甚至農(nóng)業(yè)用,具大規(guī)模部署的潛力。
讓我們進一步看低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)所需要的主要功能為何。在這領(lǐng)域可以分成兩大類:固定式的需求,以及移動式的需求。
固定式的需求,需要的數(shù)據(jù)傳輸量通常小于 10kbps,通常也是需要間隔一段時間才需要連上通訊網(wǎng)絡(luò),間隔可以從數(shù)分鐘倒數(shù)小時,這樣可以把收集好一段時間的數(shù)據(jù)上傳出去,并且合適的休眠達到低功耗的實現(xiàn)。由于大部分是部署在廣陌的區(qū)域亦或是為了減少人力動員維護或操作,對電池的需求會是以數(shù)年甚至十年為期望?;谥饕梢杂脕硎占苓叚h(huán)境的數(shù)據(jù),在傳感器的擴充能力上也有需求。像是智能農(nóng)場上的對土壤空氣水的監(jiān)控,涵蓋整個城市或國家的水電燃氣的智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控,都可以用低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)來做最佳的部屬。在日常生活中智能表計用來傳出水電瓦斯燃氣等數(shù)據(jù),可以讓計費更精準有效,避免不需要的人力抄表浪費,實現(xiàn)建筑智能化。
移動式的需求,需要的數(shù)據(jù)往往介于 12.2 Kbps 到 120 Kbps 之間,主要視語音傳遞所需的分辨率而定。這類的應(yīng)用也通常需要較頻繁的聯(lián)機,通常以秒為單位,由于對所處位置的信息的主力需求,最重要的是要能夠在長距離跨區(qū)域的移動狀態(tài)下保持實時聯(lián)機,這部分也是其他沒有大區(qū)域覆蓋能力的技術(shù)無法企及的。像是去年年底開始火紅的共享單車,對于單車的位置和使用狀況數(shù)據(jù)傳遞就非常適合移動式的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),這類應(yīng)用技術(shù)也可以進一步推廣到共享汽車等其他概念上。應(yīng)用在個人使用的行動裝置,像是智能手表,可以隨時保持所需限度的聯(lián)機,又不致于大量消耗電池電力,可以讓使用的時間大大拉長。在商用的車隊管理上,透過低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng),可以讓精準位置的信息和行車相關(guān)的數(shù)據(jù)得以聯(lián)機,有任何變動或突發(fā)狀況,都可以實時回饋到中央控制區(qū)來決定處理機制。
從不少市場調(diào)查和趨勢分析,我們可以明確察覺到物聯(lián)網(wǎng)正在蓬勃發(fā)展,在不同的應(yīng)用場景我們會采用成本和支持最合適的技術(shù)來實現(xiàn),在高速高功耗的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)布建成熟并繼續(xù)演進的同時,針對極低速,極低成本,低功耗但具大規(guī)模部署的應(yīng)用正悄然成型,如智能表計,傳感器數(shù)組數(shù)據(jù)傳輸,車隊管理追蹤等都在產(chǎn)生物聯(lián)網(wǎng)革命,這些是低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)特別適用的,也是終端裝置數(shù)量上最多的。