一探究竟Sigfox、LoRa、NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)時代的無線傳輸技術(shù)
2018-05-28 14:55:37
來源： ibtmag 熱度:
無線通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的傳輸基礎(chǔ)，隨著智慧城市大應(yīng)用成為熱門發(fā)展，各種技術(shù)推陳出新，紛紛搶占物聯(lián)網(wǎng)市場。在LPWAN技術(shù)里，最熱門的莫過于LoRa、Sigfox和NB-IoT。在物聯(lián)網(wǎng)趨勢中，這三種技術(shù)各自具有什么優(yōu)勢?誰才會是你專業(yè)領(lǐng)域的最佳拍檔?
物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI人工智能這幾個詞匯，相關(guān)產(chǎn)業(yè)人員想必嫻熟于心。在物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)中，“感測”是最基礎(chǔ)的核心源頭，無論在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域，要讓感測到的數(shù)據(jù)透過AI分析，進而形成相關(guān)應(yīng)用，首先必須部署適合的傳輸技術(shù)與網(wǎng)域，才能搜集并回報巨量的環(huán)境數(shù)據(jù)。
在無線通信技術(shù)里，WI-FI、bluetooth、ZigBee、Z-Wave這幾項較早推出的應(yīng)用已經(jīng)于不同領(lǐng)域中奠定發(fā)展基礎(chǔ)。WI-FI適用于大數(shù)據(jù)量的傳輸，比如影音傳輸或者A R/V R等領(lǐng)域，同時也是一般無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，缺點是耗電量大;藍牙多用于個人穿戴式裝置，在聲音領(lǐng)域的應(yīng)用較為成熟;ZigBee和Z-Wave則是在工業(yè)、建筑等自動控制應(yīng)用中成果豐碩。
長距離+省電特性，LPWAN解決物聯(lián)網(wǎng)傳輸難題
談到無線網(wǎng)絡(luò)，大家腦中想到的，除了WI-FI之外，大概就是手機的移動式通信網(wǎng)路了。如今的通訊技術(shù)即將邁入5G，講求更大帶寬、更高速率、更低延遲，當(dāng)然也更耗電，由于是對應(yīng)人與人之間的通訊，因此數(shù)據(jù)傳輸較密集、交換量也更為龐大。針對M2M的通訊，由于裝置的部署范圍通常更寬廣，且無線裝置必須避免頻繁更換電池，LPWAN(Low Power Wide Area Network，低功耗廣域網(wǎng))技術(shù)順勢而生，其小數(shù)據(jù)量、長距離傳輸及省電的特性，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域中大放異彩。
較早期的無線傳輸技術(shù)，如WI-FI、ZigBee和Z-Wave，通訊傳輸距離頂多只有100公尺，用在智能家居領(lǐng)域，必須再加裝訊號加強的天線或中繼站。若是要滿足智能城市的相關(guān)應(yīng)用，例如環(huán)境監(jiān)測或資產(chǎn)追蹤，傳輸距離可達20公里的LPWAN技術(shù)顯然能大幅縮減布建成本，只要幾個機站就能覆蓋大面積的范圍;以電池作為電力來源，則省略了布線問題，讓傳感器的安裝步驟更簡易。目前最受關(guān)注的LPWAN技術(shù)分別是LoRa、Sigfox和NB-IoT，這三種技術(shù)具有各自的優(yōu)勢，業(yè)主可根據(jù)不同領(lǐng)域及使用需求，選擇最適合的通訊技術(shù)。
低耗能、高范圍傳輸：LoRa與Sigfox大比拚
正如LPWAN的技術(shù)特色，LoRa與Sigfox都具有長距離、低功耗的特點，可延長電池壽命，形成大范圍的訊息傳輸。兩者皆使用免授權(quán)的Sub-1GHz ISM頻段，不需額外付出授權(quán)費用，且由于電子芯片制造技術(shù)的突破，兩項技術(shù)的硬件制造成本不斷降低，比如去年在臺灣地區(qū)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)啟用的Sigfox，月租費最低只要0.4元人民幣。
LoRaWAN是由各產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟共同推動的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，提供開放式技術(shù)，只要取得關(guān)鍵內(nèi)容，就能開發(fā)個別的應(yīng)用。不同于LoRa的開放性，Sigfox則是由法國同名公司自行開發(fā)的技術(shù)，掌握核心網(wǎng)絡(luò)的營運和布建，意圖以獨立營運商的角色，在全球進行網(wǎng)絡(luò)基地部署，目前已能同時在36個國家和地區(qū)使用可連結(jié)的網(wǎng)域和設(shè)備。以類型來說，LoRa好比小型的私人網(wǎng)域，傳輸距離最遠可達20公里，只要掌握技術(shù)，就能自行架設(shè)基站，自由度更高。
Sigfox則是以全球為營運目標(biāo)，不斷擴展網(wǎng)絡(luò)基地的藍圖，可提供用戶既有的網(wǎng)絡(luò)布署及云端服務(wù)，需要付出額外的月租費，相對LoRa而言，成本較高，但平臺方案完整，不須額外布建網(wǎng)絡(luò)。Sigfox的傳輸距離可達50公里，是三種技術(shù)當(dāng)中范圍最廣的，不過為達到低功耗的目標(biāo)，LoRa和Sigfox的每日傳輸次數(shù)都有限制，一天當(dāng)中的傳輸時間很短，適合發(fā)揮在沒有實時通訊需求的領(lǐng)域，比如每日固定回報數(shù)據(jù)的傳感器，可測量溫濕度、PM2.5等特定環(huán)境數(shù)據(jù)，藉由長距離、少次數(shù)的傳輸型態(tài)，形成較大面積的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
電信業(yè)者強強推：NB-IoT
另一項在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈上討論熱烈的技術(shù)是NB-IoT，與前述兩項技術(shù)最大的不同，在于它是由3GPP組織所制定的技術(shù)，使用需授權(quán)的GSM和LTE頻段，也就是說，NB-IoT必須藉由電信產(chǎn)業(yè)買下頻段授權(quán)，使用者只能透過電信業(yè)者或第三方代理商取得授權(quán)技術(shù)和頻段，才能使用NB-IoT相關(guān)服務(wù)。NB-IoT的優(yōu)勢在于它是由現(xiàn)有電信業(yè)者推出的技術(shù)，不需重新布建網(wǎng)絡(luò)，只要更新軟件，就能使用現(xiàn)有的4G電信基地臺和相關(guān)設(shè)備。另一方面，采用電信級的網(wǎng)絡(luò)，在通訊質(zhì)量和訊息安全性擁有高度的保障。臺灣地區(qū)遠傳電信目前已推出NB-IoT的搶先體驗活動，并預(yù)計于5月底完成全臺基地升級，只要遠傳電信能收到訊號的地方，就能使用NB-IoT，裝置月租費約為2至12元人民幣。
“將對的技術(shù)擺在對的位置上”──無線通信技術(shù)應(yīng)用
上述三種熱門的LPWAN技術(shù)各自有著不同特點，業(yè)界多預(yù)測未來其中一項技術(shù)將會力壓群雄，成為一枝獨秀。然而，正如LoRa創(chuàng)始人之一Olivier Hersent曾說過的，互相合作的共存關(guān)系更可能帶領(lǐng)未來技術(shù)走向新的發(fā)展。事實上，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域百百款，這三種技術(shù)的特點也對應(yīng)了不同領(lǐng)域的特殊需求。比如NB-IoT，用戶許可證頻段和LTE技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)不限制傳輸訊息次數(shù)，所能攜帶的數(shù)據(jù)量也更高，因此適用于重視網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定性和實時性的智慧工業(yè)領(lǐng)域，或者是需要聲音、圖像文件等高數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锫?lián)網(wǎng)裝置。相對地，NB-IoT的功耗也高于另兩項技術(shù)，電池壽命的損耗較大。同時與電信業(yè)者的協(xié)作模式，在向用戶推廣時會更為快速、簡便，從另一角度來看，也受限于硬件成本(芯片)和月租成本。
與NB-IoT相比，LoRa和Sigfox由于硬件成本低、功耗更小，因此更適合在小數(shù)據(jù)量、大范圍的傳輸應(yīng)用。LoRa技術(shù)目前的發(fā)展規(guī)模已趨向成熟，且曾與亞太電信及鴻海富鴻網(wǎng)合作，在臺灣地區(qū)已有實際營運成果。雖然傳輸距離不比Sigfox，但傳輸帶寬較高，建設(shè)成本和技術(shù)難度不高，適合在高科技廠區(qū)中建設(shè)封閉型網(wǎng)域，傳輸各類型的感測數(shù)據(jù)。
以全球布建的角度來說，德國萊因的信息與通信技術(shù)經(jīng)理于凱群表示，Sigfox是很有發(fā)展性的技術(shù)，由于Sigfox提供全球性的網(wǎng)域服務(wù)，對跨國公司來說更為便捷，尤其是一體成形的網(wǎng)絡(luò)方案，對高收益的公司而言提供完整且穩(wěn)定的云端服務(wù)，省去許多開發(fā)和協(xié)作上的麻煩。Sigfox的傳輸距離最遠，但一天內(nèi)的傳輸次數(shù)最少，因此適合應(yīng)用在反應(yīng)數(shù)據(jù)變化或固定時段傳送數(shù)據(jù)的場景，比如管線監(jiān)控、智能電表、地區(qū)氣候監(jiān)測和警報等。Sigfox目前在臺灣地區(qū)與O-bike合作，負(fù)責(zé)定位追蹤服務(wù)，以及中興保全的設(shè)備狀態(tài)偵測，和智能醫(yī)療遠程照護等應(yīng)用。由于是跨國應(yīng)用，Sigfox也與美國快遞公司合作，在包裹上裝設(shè)傳感器，除了知道包裹的運送位置，也能偵測拆開的時間，將具體數(shù)據(jù)傳送回美國。
物聯(lián)網(wǎng)未來愿景：信息安全與技術(shù)驗證缺一不可
新興科技帶來更便利及美好的未來愿景，同時也帶來關(guān)于安全的隱憂，當(dāng)各種信息在網(wǎng)絡(luò)上流通，一旦網(wǎng)絡(luò)安全發(fā)生問題，將可能導(dǎo)致個人隱私外泄，甚至影響人身安全。在極重視隱私權(quán)的歐洲，已經(jīng)通過通用數(shù)據(jù)保護協(xié)議(General Data Protection Regulation，簡稱 GDPR)，其中嚴(yán)格規(guī)范了網(wǎng)絡(luò)公司對個人資料搜集的限制與管理。雖然資安問題在臺灣尚未掀起全面關(guān)注，但隨著物聯(lián)網(wǎng)裝置和領(lǐng)域的拓展，一般使用者也會更頻繁的接觸到相關(guān)的議題，網(wǎng)絡(luò)安全必定將成為產(chǎn)品/軟件供貨商需提出的服務(wù)方案之一。
德國萊因資深經(jīng)理何紹彭也提醒，所有無線通信技術(shù)都必須經(jīng)過國家規(guī)范和聯(lián)盟認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。首先必須先通過各國法規(guī)對無線通信頻率和功率的控管，讓產(chǎn)品具備合格的通訊標(biāo)準(zhǔn)，不會因要加強通訊而影響其他電子儀器或人體健康。再來還必須通過各個技術(shù)聯(lián)盟的標(biāo)準(zhǔn)，包含電磁波型、通訊協(xié)議及互聯(lián)性測試，確保使用同類型通訊技術(shù)的產(chǎn)品能夠互相溝通。如同目前市面上的智能家居網(wǎng)關(guān)，大多會容納1至3種的通訊技術(shù)(如WI-FI、Bluetooth、ZigBee等)，產(chǎn)品的互聯(lián)性及抗干擾性就更為重要。或許在不久的將來，也會在單一物聯(lián)網(wǎng)模塊內(nèi)整合LoRa或NB-IoT等不同的無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，像是在偏遠工廠，以LoRa形成局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸，再將數(shù)據(jù)傳送到外部的LTE網(wǎng)絡(luò)，整合多個廠區(qū)的數(shù)據(jù)進行整體分析。
無論在交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、醫(yī)療、金融等領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)所要關(guān)注的將會是數(shù)據(jù)下的新興應(yīng)用，裝置聯(lián)網(wǎng)只是基礎(chǔ)，只有善加利用軟件服務(wù)，掌握應(yīng)用商機，才能具體實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的真正智慧。
責(zé)任編輯：胡輝
