授权/非授权技术各擅专场  LPWAN群雄比拼物联网

简介:
低功耗广域网(LPWAN)市场热度渐升,包括用户许可证频段的NB-IoT,以及采用非授权频段的LoRa、Sigfox、Weightless、HaLow、RPMA等技术皆积极展开布局,各技术阵营也都希望早日商业化运作,以便在此一新兴市场取得先机。

低功耗广域网(Low Power Wide Area Network, LPWAN)具有低功耗、低成本、长距离、多节点等特性(图1),近来随着物联网及机器对机器(M2M)应用发展日益火热而快速成为市场关注焦点。现阶段,包括用户许可证频段的NB-IoT(Narrow Band-IoT),以及采用非授权频段的LoRa、Sigfox、Weightless、HaLow、RPMA(Random Phase Multiple Access)等技术皆积极展开布局,也都不约而同投入搭建实验网并推动商业应用,期抢得业界主流标准的地位。


20171008054824155.jpg

图1 低功耗广域网定义与特性


尤其由3GPP主导的NB-IoT大动作提前完成标准制定工作,2017年R14版本的规格将进一步订定更细部的规范。显而易见,LPWAN已经进入插旗抢市的阶段,每个技术都希望迅速建立完整的产业链与商业模式,但不管是授权/非授权频段技术,现阶段都有各自的发展问题,各技术阵营也都希望可以尽力排除以便早日商业化运作,以便在此一新兴市场取得先机。

授权/非授权频段互相角力

物联网简单定义为没有插头或仅靠电池供电的装置,以搜集与传输各种数据,并接受来自服务器的指令,让物体实作互联互通,所以电池供电的时间成为物联网装置的运作关键。LPWAN低功耗长距离的连网方式与物联网的需求不谋而合。物联网谈论多年,直到最近市场需求与相关应用都更为具体,导致市场热度快速提升,从技术分类的角度上来看,MIC产业分析师曾巧灵(图2)指出,使用非授权频段的LPWAN技术,包括Sigfox、LoRa、Weightless、HaLow、RPMA等,由于使用公开非授权频段,因此进入门坎低、搭建简单、商业化进程较快,不过需要搭建新的网络,而且非授权频段各种应用繁多,频段拥挤容易产生干扰,也会导致电池寿命降低。

图2 MIC产业分析师曾巧灵指出,Sigfox与LoRa目前进展稍微领先,而NB-IoT标准有其优势但预计要2018年才会商业化。


至于用户许可证频段的技术则以3GPP主导的NB-IoT为主,因为频段使用需要授权,所以不会有非授权技术的干扰问题,且可利用现有的3G/4G基地台基础建设,不用搭建新网络,但标准制定过程相对严谨且繁复,需要耗费更多时间,2016年才在R13发布第一版标准内容,又即将于2017年的R14版本推出补充与增补的内容。综合来看授权与非授权LPWAN阵营的优劣势几乎互补,未来几年的推动进展,将更为重要。 以个别技术来看,曾巧灵说明,Sigfox网络已覆盖三大洲、24个国家,如荷兰、西班牙、法国、俄罗斯、英国、美国的许多城市,预计于2018年拓展至60个国家和地区,目前已有700万个对象连接,截至2015年超过50%物联网连结来自Sigfox。该技术的产业链中,Sigfox不仅扮演规格制定者,也是网络服务供货商,同时提供软件及云端服务平台(Sigfox Cloud)。另外,2015年由IBM、思科(Cisco)、微芯(Microchip)、Laird与Semtech等厂商发起的LoRa,获得多个信息大厂支持,2016年有17个国家宣搭建网计划,超过120个城市已有运行网络,也受到多个电信营运商支持。

而采用2.4GHz频段的RPMA,以美国为主要据点,技术由芯片商Ingenu主导,2016年底在30个主要都会区提供服务。2016年3月,Ingenu与25个国家和地区包括澳洲、中国、纽西兰、印度尼西亚、台湾地区、南非、泰国与阿拉伯联合大公国等签定授权协议。由IEEE主导的802.11ah标准,则早于2010年就开始发展,Draft 9.0版本于2016年9月完成,同年12月完成标准委员会核定程序,预计2018年可以商业化,命名为HaLow,传输距离达1公里,传输速率150kbit/s~347Mbit/s。

另外,还有由ARM与Neul共同推动的Weightless标准,2015年组成SIG推动,目前已有三个国家地区搭建,连网节点数目为100万个,通讯距离依不同版本为2或5公里,速率为100 kbit/s或30~100kbit/s。综合来看,Sigfox与LoRa目前进展稍微领先,而NB-IoT虽然标准与支持有其优势,但预计要2018年才会商业化。

NB-IoT标准制订快马加鞭

最受各界瞩目的NB-IoT,主导的3GPP早在2010年就注意到物联网的发展,并于R10就提出MTC(Machine-type Communication)规范,历经R11版本的改善,2015年3月的R12版本正式推出LTE Cat.0标准,上下行传输峰值1Mbit/s、带宽20MHz。并导入省电模式(Power Saving Mode, PSM),往更低功耗与低传输速率的物联网需求靠拢,以提升电池续航力,不过20MHz的带宽还是太大,成本也太高,未能引起产业注意。

到了2016年3月的R13版本,3GPP透过复杂度简化技术降低MTC终端装置成本,发表了LTE Cat. M标准,传输速率同样维持1Mbit/s,带宽缩小至1.4MHz,强调终端节点的电池寿命可长达10年。MIC智通所前瞻移动通讯系统中心主任陈仕易(图3)说,2016年6月3GPP赶忙又宣布传输速率100kbit/s,带宽需求仅200kHz的NB-IoT。对于提供服务的电信商来说,可以透过Standalone(另开专用新频段)、Guard Band(原先3/4G主频的保护频段)、In Band(使用原LTE之中的频段)等三种方式规划各自的NB-IoT频谱。

图3 MIC智通所前瞻移动通讯系统中心主任陈仕易说,2016年3GPP发布速率100kbit/s,带宽仅200kHz的NB-IoT。


此外,NB-IoT有以下几个设计目标,陈仕易说明,包括支持庞大的低效能装置,每个cell至少支持5万个device,并达成10年的电池寿命目标,延伸传输距离,也降低技术的复杂性,允许较大的传输延迟,进一步降低成本,3GPP宣称比eMTC更低。总之,为在降低数据传输率、缩减带宽、支持移动性的情况下最佳的IoT通讯协议。

2017年3GPP预计发表R14版本内容,针对NB-IoT的部分,陈仕易进一步解释,将定义定位方法(Positioning Method)、群播服务(Multicast Service)、移动性与服务连续性(Mobility and Service Continuity)、非标定的PBR增强(Non-Anchor PRB Enhancement)、新的功率消耗模式(New Power Class),更加完善标准的技术内涵。

LoRa产业链发展健康

受到最多信息厂商支持的LoRa,在2012年组成LoRa联盟,包括IBM与思科(Cisco)两大厂与电信公司都押宝,发展至今已经有400多个会员厂商,独家芯片解决方案供货商Semtech产品应用工程师林忠杰(图4)表示,LoRa在许多物联网应用需求的特性上表现杰出。传输距离至少15公里,仅需要很简单的基础建设所以搭建简单,传输信息时的耗电量约10mA,休眠时耗电量小于200nA。另外,采用非授权频段、低基础建设与终端成本,整体成本相对也低。


图4 Semtech产品应用工程师林忠杰表示,LoRa的产业链与其他LPWAN技术相较完整许多,是发展的优势。


相较于其他的LPWAN技术,LoRa在产业链(图5)的发展可说是其一大优势,林忠杰指出,终端节点/设备方面有正文、鸿海、Microchip、研华等厂商,在基地台与网关部分有正文、鸿海、Cisco等厂商投入,网络服务器等局端设备目前有IBM、正文、Actility、Stream等厂商,而在应用发展平台部分有IBM、Senet与ARM的mbed平台可以支持。比如在智能建筑、智慧城市、智能制造、智能运输、智能农业等应用都非常适合采用LoRa做为其物联网解决方案。

图5 LoRa产业链概况


Weightless期待后发先至

2015年才起步的Weightless标准,网络搭建的步伐不像LoRa或Sigfox那样迅速,产业链样貌也还不够具体,优必阔科技(ubiik)研发副总经理傅倬(图6)认为,Weightless频谱利用效率很高,在相同条件下与LoRa、Sigfox相较,网络讯号覆盖LoRa最好,但在支持节点数量与频谱效率部分,Weightless则较LoRa、Sigfox表现更好。

20171008054826382.jpg

图6 优必阔科技研发副总经理傅倬认为,Weightless支持多项先进网络功能,可以提供接近NB-IoT的网络服务质量。


与其他LPWAN技术相同,Weightless也强调长距离、省电、支持多节点链接、网络传输安全、弹性架构与开放性标准等。傅倬进一步说明,目前Weightless SIG中,主要的会员包括ARM、Accenture、Sony等,该技术架构中,支持多项先进网络功能,包括:对称式的上传/下载(Symmetric DL/UL)、群播/广播(Multicast/Broadcast)、讯息确认(Message Ack)、电池运作(Battery Operation)、电源控制(Power Control)、定位服务(Location Service)、换手支持(Handover Support)、韧体升级(Firmware Upgrade)等,其他技术并不完整支持的功能,可以提供接近NB-IoT的网络服务质量。

HaLow延续WiFi荣光

2016年1月正名为HaLow的IEEE 802.11ah技术,植基于现在大家熟悉的WiFi技术,采用非授权的900MHz频段,并降低功耗、延伸传输距离,也希望在物联网的市场占有一席之地。PC-Semi(Palma Ceia SemiDesign)亚洲业务发展总经理易思齐(图7)解释,802.11ah技术与高带宽的802.11ac技术相较,讯息信道带宽从20~160MHz缩减为1~16MHz,载波间距(Subcarrier Spacing)从312.5KHz缩小到31.25KHz,天线从8×8MIMO减为4×4MIMO,传输速率从6.5~6933.3Mbit/s降为0.15~347Mbit/s,同时联机人数也由2,007提升至8,000人以上。

20171008054827393.jpg

图7 PC-Semi亚洲业务发展总经理易思齐解释,HaLow是现在一般人熟悉的WiFi延伸,网络搭建几乎没有门坎。


另外,在传输距离部分,原则上为1公里,透过Multi-hop Relays技术可以延伸到数公里,HaLow定义在“LPLAN”的应用,与其他强调距离更远的LPWAN应用互补。易思齐强调,HaLow是现在一般人熟悉的WiFi延伸,网络搭建几乎没有门坎,对于一般消费者或智慧家庭中的应用,可以无痛衔接。未来几年IEEE还计划发展更大传输距离的IEEE802.11af方案,采用54~790MHz频段。

HaLow的应用领域包括智能家居、智能工厂、感测网络的数据搜集、户外的监控等,也可以视为WiFi讯号延伸的解决方案,易思齐进一步说明,WiFi已经是一般消费大众接受的无线技术,HaLow可视为新版本并提供新功能,相信也会拥有高接受度。该技术2016年正式推出,预计2017年芯片解决方案可以问世,目标价格5美元以下,2018年进入市场提供商业化服务,未来可以做为NB-IoT的中继解决方案,形成更完整的智慧城市物联网网络架构。

Sigfox商业模式自成一格

已经投入物联网应用且近期因为扩展迅速,也相当受到瞩目的Sigfox,成立于2009年,与其他LPWAN技术相较,最特别之处在于营运模式,该公司定位为全球的物联网营运商,自行搭建网络并营运,再向终端使用者收取服务费。Sigfox在台湾地区的营运商UnaBiz业务发展协理何承翰(图8)表示,Sigfox已经在26个国家搭建网络,每个国家一个Operator,网络覆盖面积达150万平方公里,网络覆盖人口达3亿人,已经有900万个联网装置运作中,预计2018年网络搭建将延伸到60个国家和地区。台湾从2016年12月启动网络搭建,先由六都开始,目标2018年第二季完成95%人口覆盖率。

20171008054828651.jpg

图8 UnaBiz业务发展协理何承翰说明,Sigfox已经在26个国家搭建网络,网络覆盖面积达150万平方公里,覆盖人口达3亿人。


在技术与传送讯息机制上,何承翰指出,Sigfox的双向网络基于超窄频带(Ultra Narrow Band, UNB)无线通信技术,这项技术是以极低功耗和频谱效率提供可扩展及高容量网络。每天每个装置最多可以传送最140个讯息,每个讯息酬载(Payload)最大12bytes,速度100bit/s。装置(TX)跟基地台(RX)之间不需要任何沟通,只要在正确频率发射讯号(使用SigFox Radio Protocol),基地台会自行听取讯息,译码后将讯息丢到后台存放,每个讯息会同时发送三次,在有效的传送距离内建议能建置二~三个热点,所以热点之间没有沟通机制而造成讯息漏失的状况也不常见。

Sigfox目前在欧洲发展最为顺利,台湾算是该技术在亚洲较早布局的地区之一,并不是看中台湾的市场潜力,而是该技术未来几年需要积极建构产业链,台湾地区完整的科技产业有助于Sigfox迅速充实产业链。由于Sigfox的业务模式与其他技术相较最为独特,但对于吸引厂商加入产业链也较没吸引力,所以何承翰强调,Sigfox产业链是最为开放、可受信赖的,希望厂商与该公司一起努力壮大生态圈(Ecosystem)。


本文转自d1net(转载)     

相关实践学习
钉钉群中如何接收IoT温控器数据告警通知
本实验主要介绍如何将温控器设备以MQTT协议接入IoT物联网平台,通过云产品流转到函数计算FC,调用钉钉群机器人API,实时推送温湿度消息到钉钉群。
阿里云AIoT物联网开发实战
本课程将由物联网专家带你熟悉阿里云AIoT物联网领域全套云产品,7天轻松搭建基于Arduino的端到端物联网场景应用。 开始学习前,请先开通下方两个云产品,让学习更流畅: IoT物联网平台:https://iot.console.aliyun.com/ LinkWAN物联网络管理平台:https://linkwan.console.aliyun.com/service-open
相关文章
|
6天前
|
存储 安全 物联网
未来触手可及:区块链技术、物联网与虚拟现实的融合趋势
【9月更文挑战第34天】本文将探讨当前最具变革性的三大技术——区块链、物联网(IoT)和虚拟现实(VR)——如何独立及联合塑造我们的未来。我们将深入分析每种技术的内在工作机制、发展趋势,以及它们如何相互交织创造出新的应用场景,进而推动社会进步和经济发展。
|
5天前
|
供应链 物联网 区块链
未来技术的浪潮之下——区块链、物联网与虚拟现实的融合与发展
【9月更文挑战第35天】在技术不断进步的今天,新兴技术如区块链、物联网和虚拟现实正在改变我们的生活方式。本文将深入探讨这些技术的发展趋势,以及它们如何在不同领域中应用,从而带来创新和便利。我们将通过具体的例子来展示这些技术如何相互融合,共同推动社会向前发展。
|
6天前
|
安全 物联网 区块链
未来已来:区块链技术在物联网与虚拟现实中的革新应用
【8月更文挑战第66天】随着科技的飞速发展,区块链、物联网(IoT)和虚拟现实(VR)等技术逐渐从概念走向现实,它们之间的融合预示着一个更加智能、互联的未来。本文将探讨这些技术的发展趋势,并通过实际代码示例,展示它们如何相互促进,共同构建一个更加安全、高效的数字生态系统。
46 19
|
6天前
|
存储 供应链 物联网
未来已来:区块链、物联网与虚拟现实技术的融合创新
【9月更文挑战第34天】本文将深入探索当前技术前沿的三大热点——区块链、物联网和虚拟现实,分析它们各自的发展趋势以及在实际应用中的潜力。我们将通过浅显易懂的语言和生动的例子,展示这些技术是如何相互促进,共同塑造未来的数字世界。
|
3天前
|
传感器 存储 运维
智能城市中的物联网技术应用与挑战
本文旨在探讨智能城市中物联网(IoT)技术的应用及其面临的主要挑战。通过分析当前智能城市建设中物联网的实际应用案例,揭示其在提高城市管理效率、优化资源使用等方面的显著效果。同时,本文指出了在数据安全、隐私保护和技术标准统一等方面存在的问题,并提出了相应的解决思路和建议。希望通过对这些问题的深入分析,为未来智能城市的可持续发展提供参考。
|
7天前
|
存储 安全 物联网
未来触手可及:探索区块链、物联网和虚拟现实技术的融合与革新
【9月更文挑战第33天】 在科技的浪潮中,新技术如区块链、物联网(IoT)和虚拟现实(VR)不断涌现,它们正逐步改变我们的生活方式、工作模式和社会结构。本文将深入探讨这些技术的最新发展趋势,并展示它们如何在实际应用中相互交织,共同塑造一个更加智能、互联的未来世界。
|
3天前
|
供应链 监控 物联网
未来已来:探索区块链技术与物联网、虚拟现实的融合创新
在这篇文章中,我们将穿越技术的迷雾,深入探讨区块链、物联网(IoT)、和虚拟现实(VR)这三大技术的最新发展动态。我们将一起见证它们如何从独立的技术分支,逐渐走向深度融合,共同构建起一个全新的数字生态系统。通过分析这些技术的内在联系和相互作用,我们能够预见一个更加智能、互联的未来世界。文章将提供对这些技术趋势的深刻见解,并展示它们在现实世界中的应用场景,从而揭示它们对未来社会的潜在影响。
12 2
|
4天前
|
供应链 物联网 区块链
探索未来技术的边界:区块链、物联网和虚拟现实的融合与创新
【9月更文挑战第36天】本文深入探讨了新兴技术如区块链、物联网(IoT)和虚拟现实(VR)的发展趋势和应用场景。通过分析这些技术的独特优势和相互之间的协同效应,我们揭示了它们如何共同塑造未来的数字世界。文章旨在为读者提供对这些技术深层次理解的同时,激发对技术创新和应用的新思考。
|
8天前
|
传感器 安全 物联网
新技术趋势与应用随着科技的不断进步,新兴技术如区块链、物联网和虚拟现实等正迅速改变我们的世界。这些技术不仅在各自领域内展现出强大的潜力,还在相互融合中催生出更多创新应用场景。本文将探讨这些新兴技术的发展趋势及其在各行业中的应用前景,通过通俗易懂的语言和清晰的条理,带领读者了解其内涵和意义。
本文旨在探讨区块链技术、物联网和虚拟现实等新兴技术的发展趋势及其在各个行业的应用场景。通过分析这些技术的独特优势和潜在缺陷,揭示它们对未来社会和经济可能带来的深远影响。同时,结合实际案例,展示这些技术如何解决现实问题,为各行各业提供新的发展机遇。
27 4
|
7天前
|
人工智能 安全 物联网
未来已来:区块链技术与物联网、虚拟现实的融合创新
【9月更文挑战第33天】本文将带领读者探索新兴技术如区块链、物联网(IoT)和虚拟现实(VR)在现代世界的应用及其发展趋势。我们将分析这些技术如何相互交织,形成新的应用场景,并探讨它们对社会和经济的深远影响。通过实际案例和预测分析,本文旨在为读者提供对这些技术未来可能带来的变革性影响的洞见。

相关产品

  • 物联网平台