LoRa、Sigfox和NB-IoT在物聯網趨勢中誰是你的最佳拍檔?

無線通信技術是物聯網的傳輸基礎,隨著智慧城市大應用成為熱門發展,各種技術推陳出新,紛紛搶占物聯網市場。在LPWAN技術里,最熱門的莫過于LoRa、Sigfox和NB-IoT。在物聯網趨勢中,這三種技術各自具有什么優勢?誰才會是你專業領域的最佳拍檔?

物聯網、大數據、AI人工智能這幾個詞匯,相關產業人員想必嫻熟于心。在物聯網的技術架構中,“感測”是最基礎的核心源頭,無論在農業、工業、建筑、交通、醫療等領域,要讓感測到的數據透過AI分析,進而形成相關應用,首先必須部署適合的傳輸技術與網域,才能搜集并回報巨量的環境數據。

在無線通信技術里,WI-FI、bluetooth、ZigBee、Z-Wave這幾項較早推出的應用已經于不同領域中奠定發展基礎。WI-FI適用于大數據量的傳輸,比如影音傳輸或者A R/V R等領域,同時也是一般無線網絡的基礎,缺點是耗電量大;藍牙多用于個人穿戴式裝置,在聲音領域的應用較為成熟;ZigBee和Z-Wave則是在工業、建筑等自動控制應用中成果豐碩。

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長距離+省電特性,LPWAN解決物聯網傳輸難題

談到無線網絡,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路了。如今的通訊技術即將邁入5G,講求更大帶寬、更高速率、更低延遲,當然也更耗電,由于是對應人與人之間的通訊,因此數據傳輸較密集、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(LowPower Wide Area Network,低功耗廣域網)技術順勢而生,其小數據量、長距離傳輸及省電的特性,在物聯網應用領域中大放異彩。

較早期的無線傳輸技術,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應用,例如環境監測或資產追蹤,傳輸距離可達20公里的LPWAN技術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。目前最受關注的LPWAN技術分別是LoRa、Sigfox和NB-IoT,這三種技術具有各自的優勢,業主可根據不同領域及使用需求,選擇最適合的通訊技術。

低耗能、高范圍傳輸:LoRa與Sigfox大比拚

正如LPWAN的技術特色,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。兩者皆使用免授權的Sub-1GHz ISM頻段,不需額外付出授權費用,且由于電子芯片制造技術的突破,兩項技術的硬件制造成本不斷降低,比如去年在臺灣地區產業已經啟用的Sigfox,月租費最低只要0.4元人民幣。

LoRaWAN是由各產業聯盟共同推動的網絡標準,提供開放式技術,只要取得關鍵內容,就能開發個別的應用。不同于LoRa的開放性,Sigfox則是由法國同名公司自行開發的技術,掌握核心網絡的營運和布建,意圖以獨立營運商的角色,在全球進行網絡基地部署,目前已能同時在36個國家和地區使用可連結的網域和設備。以類型來說,LoRa好比小型的私人網域,傳輸距離最遠可達20公里,只要掌握技術,就能自行架設基站,自由度更高。

Sigfox則是以全球為營運目標,不斷擴展網絡基地的藍圖,可提供用戶既有的網絡布署及云端服務,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,不須額外布建網絡。Sigfox的傳輸距離可達50公里,是三種技術當中范圍最廣的,不過為達到低功耗的目標,LoRa和Sigfox的每日傳輸次數都有限制,一天當中的傳輸時間很短,適合發揮在沒有實時通訊需求的領域,比如每日固定回報數據的傳感器,可測量溫濕度、PM2.5等特定環境數據,藉由長距離、少次數的傳輸型態,形成較大面積的物聯網應用。

電信業者強強推:NB-IoT

另一項在物聯網產業鏈上討論熱烈的技術是NB-IoT,與前述兩項技術最大的不同,在于它是由3GPP組織所制定的技術,使用需授權的GSM和LTE頻段,也就是說,NB-IoT必須藉由電信產業買下頻段授權,使用者只能透過電信業者或第三方代理商取得授權技術和頻段,才能使用NB-IoT相關服務。NB-IoT的優勢在于它是由現有電信業者推出的技術,不需重新布建網絡,只要更新軟件,就能使用現有的4G電信基地臺和相關設備。另一方面,采用電信級的網絡,在通訊質量和訊息安全性擁有高度的保障。臺灣地區遠傳電信目前已推出NB-IoT的搶先體驗活動,并預計于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。

“將對的技術擺在對的位置上”──無線通信技術應用

上述三種熱門的LPWAN技術各自有著不同特點,業界多預測未來其中一項技術將會力壓群雄,成為一枝獨秀。然而,正如LoRa創始人之一Olivier Hersent曾說過的,互相合作的共存關系更可能帶領未來技術走向新的發展。事實上,物聯網應用領域百百款,這三種技術的特點也對應了不同領域的特殊需求。比如NB-IoT,用戶許可證頻段和LTE技術,其網絡不限制傳輸訊息次數,所能攜帶的數據量也更高,因此適用于重視網絡傳輸穩定性和實時性的智慧工業領域,或者是需要聲音、圖像文件等高數據傳輸的物聯網裝置。相對地,NB-IoT的功耗也高于另兩項技術,電池壽命的損耗較大。同時與電信業者的協作模式,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,因此更適合在小數據量、大范圍的傳輸應用。LoRa技術目前的發展規模已趨向成熟,且曾與亞太電信及鴻海富鴻網合作,在臺灣地區已有實際營運成果。雖然傳輸距離不比Sigfox,但傳輸帶寬較高,建設成本和技術難度不高,適合在高科技廠區中建設封閉型網域,傳輸各類型的感測數據。

以全球布建的角度來說,德國萊因的信息與通信技術經理于凱群表示,Sigfox是很有發展性的技術,由于Sigfox提供全球性的網域服務,對跨國公司來說更為便捷,尤其是一體成形的網絡方案,對高收益的公司而言提供完整且穩定的云端服務,省去許多開發和協作上的麻煩。Sigfox的傳輸距離最遠,但一天內的傳輸次數最少,因此適合應用在反應數據變化或固定時段傳送數據的場景,比如管線監控、智能電表、地區氣候監測和警報等。Sigfox目前在臺灣地區與O-bike合作,負責定位追蹤服務,以及中興保全的設備狀態偵測,和智能醫療遠程照護等應用。由于是跨國應用,Sigfox也與美國快遞公司合作,在包裹上裝設傳感器,除了知道包裹的運送位置,也能偵測拆開的時間,將具體數據傳送回美國。

物聯網未來愿景:信息安全與技術驗證缺一不可

新興科技帶來更便利及美好的未來愿景,同時也帶來關于安全的隱憂,當各種信息在網絡上流通,一旦網絡安全發生問題,將可能導致個人隱私外泄,甚至影響人身安全。在極重視隱私權的歐洲,已經通過通用數據保護協議(General Data ProtecTIon RegulaTIon,簡稱 GDPR),其中嚴格規范了網絡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注,但隨著物聯網裝置和領域的拓展,一般使用者也會更頻繁的接觸到相關的議題,網絡安全必定將成為產品/軟件供貨商需提出的服務方案之一。

德國萊因資深經理何紹彭也提醒,所有無線通信技術都必須經過國家規范和聯盟認證標準。首先必須先通過各國法規對無線通信頻率和功率的控管,讓產品具備合格的通訊標準,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聯盟的標準,包含電磁波型、通訊協議及互聯性測試,確保使用同類型通訊技術的產品能夠互相溝通。如同目前市面上的智能家居網關,大多會容納1至3種的通訊技術(如WI-FI、Bluetooth、ZigBee等),產品的互聯性及抗干擾性就更為重要。或許在不久的將來,也會在單一物聯網模塊內整合LoRa或NB-IoT等不同的無線網絡通訊技術,像是在偏遠工廠,以LoRa形成局域網絡內設備間的數據傳輸,再將數據傳送到外部的LTE網絡,整合多個廠區的數據進行整體分析。

無論在交通、工業、農業、建筑、醫療、金融等領域,物聯網所要關注的將會是數據下的新興應用,裝置聯網只是基礎,只有善加利用軟件服務,掌握應用商機,才能具體實現物聯網的真正智慧。成都億佰特電子科技有限公司是一家專注于物聯網通信的高新企業,擁有數百項自主研發產品,并獲得客戶的一致認可。公司擁有強大的研發技術實力,具備完善的售后體制,為客戶提供完善的解決方案和技術支持,縮短研發周期,減少研發成本,更為全新的產品研發思路提供一個強大的平臺。

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