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爭物聯網網通應用主流 低功耗無線網路方案技術競爭日趨白熱化

  • DIGITIMES企劃

以往無線傳輸距離有限,LoRA傳輸距離長,可簡化物聯網的中繼設備部署成本。Semtech

看好物聯網應用市場,預估初期網路設備佈建需求強勁,網通大廠紛紛積極投入物聯應用網通技術開發,其中針對物聯網應用特性優化的低功耗無線廣域網路方案技術發展動態,不意外成為這波物聯網應用技術競爭重點...

低功耗無線網通技術,除了現有方案較成熟的低功耗藍牙、低功耗Wi-Fi,或是物聯網應用已相當廣泛的ZigBee網通技術外,其實針對物聯網應用需求開發的低功耗無線廣域網路方案技術,在物聯網應用市場中更顯得格外受人注意,其中LoRa聯盟與Weightless SIG的LPWAN(Low-Power Wide-Area Network)兩大技術陣雙方競爭更趨白熱化。

LPWAN傳輸距離為介於LAN與Cellular無線網路應用,部署物聯網終端更為便利實用。(Semtech).

LoRa陣營釋出LoRaWAN 1.0版網通技術方案,積極搶食物聯網的LPWAN應用市場。Semtech

LoRaWAN網通技術方案來勢洶洶,兼具長距離無線傳輸支援與低功耗高電池效能,積極搶食物聯網應用市場。LibeLium

物聯網應用偏好LPWAN網通技術

LPWAN網通技術具更大範圍的無線傳輸距離,同時也能兼顧電池驅動感測模組終端所需的低功耗表現,因此備受物聯網開發業者期待,不同技術陣營的網通技術較勁在拉攏網通半導體大廠、技術競爭等方面動作均持續不斷,力圖在短時間透過釋出技術標準、加速測試驗證搶下物聯網網通技術主流地位。

LoRa聯盟搶食物聯網網通方案主導的動作積極,例如Microchip在2015年即開始生產RN2483 LoRa網通模組,RN2483使用868MHz免許可的應用頻段進行無線傳輸,同時符合LoRaWAN 1.0版協議規範,可以用來建構長達10英里的M2M(Machine to Machine)機器對機器低速無線傳輸應用,設備若採取電池電力驅動,還可提供相對較長的使用電力備援。

LoRaWAN標準為瞄準物聯網應用規劃

與現有家用或工業用無線網通技術比較,LoRaWAN標準為瞄準物聯網應用規劃,技術可以實現遠距離M2M無線數據傳輸資料鏈結,並在低傳輸功耗基礎下進行低速資料數據傳輸通訊,適用採電池為主要供應電源的物聯網感測終端設備,電力供應甚至可以延續維持長達十年連續使用,加上相準物聯網應用,LoRaWAN的聯網與終端擴展能力,也可搭配LoRaWAN閘道器進行高密度的感測終端部署。

以Microchip推出的RN2483 LoRaWAN功能模組為例,由於模組內建LoRaWAN協議堆疊,RN2483可以快速完成開發所需的功能連線部署,發展相應支援LoRa聯盟基礎設施的連結需求,如銜接區域網路(LAN)或與電信服務商的網絡進行整合連接,行程可以跨城鎮甚至覆蓋全國面積的低功耗廣域網路服務支援。

LoRaWAN兼具節能與長距離無線傳輸應用特質

早期物聯網應用開發者,通常僅能在感測終端開發上面對許多折衷設計,例如,開發可支援長距離無線傳輸的感測終端,就必須放棄終端設備的運行功耗要求;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網通技術方案。

但無線數據傳輸距離與電池續航力性能的開發目標,可以在導入LoRaWAN低功耗廣域網路的網通方案獲得改善,建立具高度可擴展性、實踐更長傳輸距離、更低功耗與更低成本的感測終端,甚至建構相關物聯網應用還可省下延伸無線傳輸距離的中繼器、閘道器額外設備建置與部署成本。

除Microchip積極投入LPWAN物聯網解決方案應用外,STMicroelectronics加入LoRa聯盟後積極佈局LPWAN網通技術應用市場。STMicroelectronics即與Semtech進行LPWAN網通產品開發設計,STMicroelectronics除將在LPWAN物聯網應用積極推出微控制器整合LoRaWAN低功耗廣域網路無線傳輸技術的解決方案外,也計畫與Semtech共同推廣LoRa技術,擴展LoRaWAN無線網通技術方案進入不同整合需求的物聯網、工業控制無線感測終端應用。

Weightless-P支援雙向傳輸

Weightless技術則是LPWAN網通技術另一款重要的無線通訊應用方案,主導Weightless技術發展的Weightless SIG在2015年底也積極釋出更豐富的功能吸引應用市場青睞,例如推出新技術的Weightless-P,針對基於廣域物聯網基礎下更高的連接擴展終端應用需求支援、建構具備重要的雙向無線傳輸鏈路支援、高速數據傳輸速率能力(傳輸性能可動態調整、200bps~100kbit/s速率進行無線數據傳輸),同時Weightless-P在基於蜂巢式網路應用技術下進行功能擴展,甚至可較現有LPWAN應用提供更高容量的傳輸支援。

Weightless-P是基於開放性架構的LPWAN網通技術標準,Weightless-P為使用免授權即可應用的sub-GHz頻段運作相關功能,使用12.5kHz的窄頻通道採FDMA(Frequency Division Multiple Access)+TDMA(Time Division Multiple Access)調變,作業於免授權的sub-GHz ISM空白頻譜(white space)頻段。進行無線數據傳輸,透過開放標準與更長距離傳輸應用支援,搭配關鍵參數進行物聯網連接能力重新定義,提供物聯網應用低複雜度、長電池壽命、高可靠度、傳輸範圍長與高安全的開放網通技術標準。

由於Weightless-P標準為瞄準傳輸條件相對較嚴苛的都會應用環境需求設計,可在2km距離範圍內支援採電池電力驅動終端設備的行動裝置,與無線應用其他裝置進行雙向無線數據通訊。

Weightless-P標準號稱可在2016年初推出相關支援硬體。更有趣的是,基於Weightless-P標準開發的物聯網應用,在IoT(Internet of Things)裝置與通訊基地台之間可以實踐時間同步、進行數據雙向傳輸,還可優化無線電頻譜資源使用進行IoT裝置漫遊連線支援。

低功耗Wi-Fi HaLow技術方案

有趣的是,物聯網應用實在太熱門,也吸引目前使用率最高的Wi-Fi網線網通技術陣營為鞏固應用主流地位,也釋出針對物聯網連接需求架構優化的Wi-Fi HaLow低功耗網通技術方案。Wi-Fi HaLow為瞄準低功耗傳輸需求開發,該網通技術為基於IEEE 802.11ah網通技術標準,使用頻段為2.4GHz、5GHz或900MHz頻段,相較目前IEEE 802.11ac Wi-Fi網通技術,Wi-Fi HaLow低功耗網通技術在訊號覆蓋範圍可擴展一倍,更長的傳輸距離在部署物聯網應用終端更具使用價值。

Wi-Fi HaLow網通技術方案,適合應用於智慧家庭、智慧城市或智慧工業等物聯網應用,比較現今主流Wi-Fi技術,由Wi-Fi HaLow低功耗網通技術的傳輸功耗極低、加上Wi-Fi網通應用本身的技術滲透率較高,Wi-Fi具備可穿牆傳輸、較長傳輸範圍等優點,對於穿戴式應用或是物聯網感測器部署均具備導入價值。

Wi-Fi HaLow可以擴展Wi-Fi無線網通技術至900MHz應用頻段,這會適合如穿戴式電子應用、特殊感測器部署、或其他低功耗物聯網應用終端,無線傳輸可涵蓋的收/發範圍可以較現有Wi-Fi無線應用擴展一倍以上距離,由於該技術基於使用率相對高許多的Wi-Fi無線傳輸協定,業界一般預期在導入物聯網應用、相關技術軟/硬體與服務方面的無線網通驗證,將可以加快應用市場提高滲透率目標。