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LPWAN 为 IoT 铺路,切身匮乏即商机

时间:2016-12-23 12:22来源:Compotech 作者:任苙萍 点击:
IoT 起手式四:利基搏获利
 随着近期 T-Mobile 在荷兰的首个 NB-IoT 网络问世,物联网 (IoT) 的通讯技术再掀热议。正文科技执行董事杨正任表示,传统电信网络功耗极大,虽较适合长距离的覆盖、但覆盖能力深受基地台位置影响,且现阶段尚未有低数据传输的明确规范 (NB- IoT 仍前景未明),加上建置成本高,让低功耗广域网 (LPWAN) 有异军突起的机会,已广泛应用在智慧工业、消费、建筑、城市、农业和物流领域。研调报告显示,未来几年不论在数量或价格上,LPWAN 都将大幅成长;就区域观察,亚洲在 2025 年前更是处于黄金上升期,其后依序是北美和欧洲。
 
图1:LPWAN 应用范畴
数据源:正文科技;编辑部整理

应用貌似雷同,其实各有巧妙
从技术角度看,LPWAN 适用于数据传输率在 1 Mbps 内、传输距离在 2,000 公尺到 1 公里的应用,刚好补足 Wi-Fi / RFID / Zigbee / NFC / Bluetooth 等中、短距离传输的缺口。简言之,LPWAN 具有以下优势:省电、长距离传输、成本低、容量大,最重要的是灵敏度要够高,能因应收讯不佳的恶劣环境——例如,电表、水表可能设在地下室。杨正任指出,坊间常把 LoRa、NB-IoT 与 SIGFOX 相提并论,其实并不确切,因为 SIGFOX 只是某家厂商的「解决方案」,而非共通标准;目前 LPWAN 仍以 LoRa 为主力,有一定的需求量。
 
照片人物:正文科技执行董事杨正任

高尔夫球场草皮保养即是一例,藉由监控土壤含水量、决定是否需要洒水;人孔盖、地下管线为防范宵小偷窃或气爆意外,路灯基于公安、维修及节能,也成为智能城市的典型应用。不过,杨正任提醒,即使是类似的场域,实际应用的重点不尽相同。以路边停车格为例,在一位难求的城市,智能停车系统是为了让驾驶方便找空位;在腹地广大的地区,是为了尽快通知收费员前往开单,以免错漏;但对于当场收取现金的停车场来说,目的是要精确记录进出时间。「看似一样的东西,其实有无限的想象,IoT 终端需要跨界整合」,杨正任说。

「台湾在水平整合虽稍显吃力,但只要有领航企业支持,在垂直分工上却有蜕变成强大系统整合商的实力;可藉模块化方式实现,不需从零开始」,杨正任建议。那么,营运商对 LoRa 的态度又是如何?鸿海旗下的富鸿网营运长陈盈棋指出,灾害防治的感测系统若以有线供电,一旦电线损毁就会失灵;而 LoRa 的电池可用 5~7 年,若无遮蔽,城市传输距离可达 5 公里、空旷区甚至可达 65 公里,且连结节点数上看 1 万个,所以他们评估:LoRa 是现有 IoT 无线通信技术中,最适合发展智慧城市应用者。
 
照片人物:富鸿网营运长陈盈棋

LoRa or SIGFOX,营运商各有所好
富鸿网甚至直言:「LoRa 是当下拼凑智慧城市的最后一块拼图」。陈盈棋表示,亚太电信已为 IoT 打造整套的脑神经网络以串联多元服务,包括:建置 LoRa、Wi-Fi 和 3G / 4G 基地台 (热点),提供全方位通讯协议;使用 MQTT、REST、WebSocket 成熟技术做安全数据传输;支持各种云端服务的完整应用开发平台;针对不同产业提供专属服务;贩卖通讯模块和终端产品等各式物联网设备。他并透露,亚太已在双北与桃园地区的机场、公家机关、学校、交通要道和观光区等人口密集区,建置 500 个 LoRa 热点。
 
图2:LoRa 产业生态圈
数据源:富鸿网

不让 LoRa 一枝独秀,负责 SIGFOX 建置与营运的优纳比 (Unabiz),亦于今年 7 月先后在新加坡和台湾地区展开部署。Unabiz 总经理邱赏恩介绍 SIGFOX 优势在于:热点只接收数据并将相关数据传给用户,接收端 (Rx) 与发送端 (Tx) 之间利用「超窄频」(Ultra Narrow Band, UNB) 调变,不切分频段、省略沟通协商过程,可腾出许多网络容量。「一般通讯技术约有 70~80% 的容量都是浪费在协商收发讯息;另一个焦点是,传输费用由谁买单?若需国际漫游,欧美费用尤其惊人,这些可能都是IoT 服务迄今未能蓬勃的原因」,邱赏恩提出他的见解。
 
照片人物:优纳比 (Unabiz) 公司总经理邱赏恩

「此外,终端装置可能因区域性频段限制,无法开发一体适用的产品而拉低投资报酬率;且用户也会对输入密码感到不耐烦,人们想要的是简单、便宜的通讯。今年巴西里约奥运法国运动员所用的旅行背包,就是采用 SIGFOX 技术做追踪」,邱赏恩继续述说。他阐述,SIGFOX 具有四大好处:1.以欧洲为起点,已在 24 国铺设专用网络,今年底预估会达 30 个、两年后目标上看 60 个国家,覆盖广;2.传输功耗更低,待机及工作时间更长;3.终端装置已经原厂认证,用户不需 SIM 卡就可操作;4.不需漫游费用,单一装置使用费,每个月最多不超过 1 美元。

少了联盟支持,行不行?
虽然 SIGFOX 自豪不需加入产业联盟即可运作,却同时意谓一个事实:少了联盟推动,更需要全球组件商、设备厂、营运商、第三方软件业者和各国政府鼎力相助,要如何「政通人和」,以免重蹈过去 WiMAX、UWB 等落马覆辙?遂成最大挑战。面对此类质疑声浪,邱赏恩的回复是:联盟为垄断利益,会员相对须付出昂贵成本;而 SIGFOX 的营运模式是没有进入门坎,只有依出货量所支付的认证费用。他分析,许多通讯技术之所以达不到理想状态,可能是天线设计不良导致,这笔认证费用就是为确保产品的 SIGFOX 设计能发挥最佳效能。
 
图3:SIGFOX 通讯原理
数据源:优纳比 (Unabiz)

邱赏恩宣示 Unabiz 的市场策略是:不卖技术,只卖通讯服务。常参与国家通讯委会员 (NCC) 会议、本身也是创业家的台湾大学电机研究所教授周俊廷,对此给予相当肯定。「IoT 并不如想象中好赚,如何把手上资源转化成获利最重要;虽然搭建平台不容易、不能保证 SIGFOX- Unabiz 这种商业模式一定会成功,但至少他们对自己的角色定位十分清楚,就是要赚 Connectivity 这个阶段的钱」,周俊廷如此评语。他并提到,过去曾砸重金标得执照的电信营运商,对于未授权频段 (Unlicensed band) 或许有所微词。

揭密 IoT 后续衍生议题
周俊廷进一步说明,授权与否的初始成本差距甚远,自然营运模式也须随之调整;另既是三不管地带,相对较为温和的技术在发出讯号前,会先礼貌性地探询频段使用状况;但不免也会有完全不理他人的自私者,半路杀出或自顾自地占用频段。是否要有所规范以维持秩序?亟须正视。杨正任表示,LoRa 多在非授权频段工作,故须强化抗干扰和跳频能力 (例如每个频道跳越间隔不能超过 0.4 秒);但针对智能电网等重大设施,通常会划分专属频段供使用。就专业立场来看,国际电信联盟的 NB- IoT 颇有「迭床架屋」之感,未来要容纳 IoT 应用恐力有未逮。
 
照片人物:台湾大学电机研究所教授周俊廷

杨正任预测 NB- IoT 与 LoRa 的竞合,极有可能比照 LTE 与 Wi-Fi 的共存形式,并行不悖。IoT 瓶颈仍是终端整合,而营运商最快的获利快捷方式是「替代性服务」;若要推动前所未有的创新应用,从布建到营销所费不赀,营运商恐不愿贸然投入。有业界先进以 Apple vs. Android 对比 SIGFOX 与 LoRa 的关系:独树一帜的好处是不会有硬件破碎化,而开放式平台则有利于大众创新,是两种截然不同的思维。杨正任认为,全世界法定频段和技术规范迥异,根本不可能用单一产品行遍天下;其次,不同产业应用对于宽带要求亦不同。

杨正任指出,有些简单的应用,单向通讯即可搞定、有些则需双向;再者,虽然理论上 LoRa 可近 10 年才换电池,可惜……电池寿命不可能存续那么久!显得有些不切实际。就算只是静置,电力多半会在数年内耗尽;若是户外装置,还须考虑风吹雨打的外在侵袭。最后是遮蔽和背景干扰;在极端理想的通透环境下,LoRa 有效传输距离的极限期望值甚至可达 70 公里。然而,待 IoT 装置满山满谷、成千上万地爆炸式插旗,若无适当监管势必相互掣肘、引发「工地灾难」,让传输效率大打折扣。

创新应用,从日常生活出发
环境监控应用中,与空气、水、电、瓦斯相关需求堪称最迫切。华硕云端总经理吴汉章表示,即使没有 Wi-Fi,改采 LoRa 传输一样可实时监控病患家中的空气质量,作为公卫研究或长期照护的参考。他介绍发想于 2015 年 9 月、已在今年 3 月纳入「智慧城市联盟」白皮书的「空气盒子示范计划」,便是基于预防工业污染、建立智慧健康城市以及安全受教环境目的而生;不只预测自己的健康状态,还包括环境变化。为此,除了「空气盒子」这个 IoT 环境感测终端装置,华硕还特别建置「云端物联网平台」(OmniThings Sandbox),可免费申请使用。
 
照片人物:华硕云端总经理吴汉章

它是基于华硕云端平台发展而成的 IoT 套件,提供 JSON API 的 Time-series 海量数据存取功能,用户可随时透过 Web 接口扩充数据字段。这个平台拟于今年 12 月正式上线,主要是供服务业者试验创新想法,最吸引人之处是:所发展出的应用可搭华硕品牌的顺风车,直接捆绑进行公有云+私有云模式的「共同销售」。至于水、电、瓦斯监控,仁宝计算机则分享在南美洲荷属小岛——阿鲁巴,所试验过的一个经典案例:利用 Ingenu 和 u-blox 共推的 RPMA (随机相位多址接入) 技术,在岛上只用了四根天线,就能完整接收到上述数据。

仁宝计算机课长蔡富方表示,使用 2.4 GHz ISM 通用频段 (IEEE 802.15.4K) 的 RPMA 比起 LoRa 和 SIGFOX 毫不逊色;而仁宝可提供标准化模块,让设备供货商便于新增、修改应用内容。以电动车的充电桩为例,以往是借道 ZigBee 加上因特网连接到电力公司取电,但壅塞时容易造成传输系统过重的负荷;若改用 RPMA,只要位于 10~30 公里范围内,就能收集到所有能源信息做调配,降低营运成本。在水资源方面,弓铨企业总经理杨崇明主张「水保全」概念——从抄表收费、降低漏损的被动基调,转换成提高附加服务、协助节水的主动思考。
 
(责任编辑:helen)
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