低功耗無線網(wǎng)絡技術在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程中起到推動助力的關鍵作用。

看好物聯(lián)網(wǎng)應用市場，預估初期網(wǎng)絡設備布建需求強勁，科技大廠紛紛積極投入物聯(lián)應用通信技術開發(fā)，其中針對物聯(lián)網(wǎng)應用特性優(yōu)化的低功耗無線廣域網(wǎng)方案技術發(fā)展動態(tài)，不意外成為這波物聯(lián)網(wǎng)應用技術競爭重點...

低功耗無線通信技術，除了現(xiàn)有方案較成熟的低功耗藍牙、低功耗Wi-Fi，或是物聯(lián)網(wǎng)應用已相當廣泛的ZigBee通信技術外，其實針對物聯(lián)網(wǎng)應用需求開發(fā)的低功耗無線廣域網(wǎng)方案技術，在物聯(lián)網(wǎng)應用市場中更顯得格外受人注意。

物聯(lián)網(wǎng)應用偏好LPWAN通信技術

LPWAN通信技術具更大范圍的無線傳輸距離，同時也能兼顧電池驅(qū)動感測模塊終端所需的低功耗表現(xiàn)，因此備受物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)業(yè)者期待，不同技術陣營的通信技術較勁在拉攏通信半導體大廠、技術競爭等方面動作均持續(xù)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(lián)通信訊技術主流地位。

LoRa聯(lián)盟搶食物聯(lián)網(wǎng)通信方案主導的動作積極，例如Microchip在2015年即開始生產(chǎn)RN2483 LoRa通信模塊，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(xié)議規(guī)范，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，設備若采取電池電力驅(qū)動，還可提供相對較長的使用電力備援。

LoRaWAN標準為瞄準物聯(lián)網(wǎng)應用規(guī)劃

與現(xiàn)有家用或工業(yè)用無線通信技術比較，LoRaWAN標準為瞄準物聯(lián)網(wǎng)應用規(guī)劃，技術可以實現(xiàn)遠距離M2M無線數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)鏈結(jié)，并在低傳輸功耗基礎下進行低速數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸通信，適用采電池為主要供應電源的物聯(lián)網(wǎng)感測終端設備，電力供應甚至可以延續(xù)維持長達十年連續(xù)使用，加上相準物聯(lián)網(wǎng)應用，LoRaWAN的聯(lián)網(wǎng)與終端擴展能力，也可搭配LoRaWAN網(wǎng)關進行高密度的感測終端部署。

以Microchip推出的RN2483 LoRaWAN功能模塊為例，由于模塊內(nèi)建LoRaWAN協(xié)議堆棧，RN2483可以快速完成開發(fā)所需的功能聯(lián)機部署，發(fā)展相應支持LoRa聯(lián)盟基礎設施的鏈接需求，如銜接局域網(wǎng)絡(LAN)或與電信服務商的網(wǎng)絡進行整合連接，行程可以跨城鎮(zhèn)甚至覆蓋全國面積的低功耗廣域網(wǎng)服務支持。

LoRaWAN兼具節(jié)能與長距離無線傳輸應用特質(zhì)

早期物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)者，通常僅能在感測終端開發(fā)上面對許多折衷設計，例如，開發(fā)可支持長距離無線傳輸?shù)母袦y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通信技術方案。

但無線數(shù)據(jù)傳輸距離與電池續(xù)航力性能的開發(fā)目標，可以在導入LoRaWAN低功耗廣域網(wǎng)的通信方案獲得改善，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(lián)網(wǎng)應用還可省下延伸無線傳輸距離的中繼器、網(wǎng)關額外設備建置與部署成本。

除Microchip積極投入LPWAN物聯(lián)網(wǎng)解決方案應用外，STMicroelectronics加入LoRa聯(lián)盟后積極布局LPWAN通信技術應用市場。STMicroelectronics即與Semtech進行LPWAN通信產(chǎn)品開發(fā)設計，STMicroelectronics除將在LPWAN物聯(lián)網(wǎng)應用積極推出微控制器整合LoRaWAN低功耗廣域網(wǎng)無線傳輸技術的解決方案外，也計劃與Semtech共同推廣LoRa技術，擴展LoRaWAN無線通信技術方案進入不同整合需求的物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制無線感測終端應用。

Weightless-P支持雙向傳輸

Weightless技術則是LPWAN通信技術另一款重要的無線通信應用方案，主導Weightless技術發(fā)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，針對基于廣域物聯(lián)網(wǎng)基礎下更高的連接擴展終端應用需求支持、建構具備重要的雙向無線傳輸鏈路支持、高速數(shù)據(jù)傳輸速率能力(傳輸性能可動態(tài)調(diào)整、200bps~100kbit/s速率進行無線數(shù)據(jù)傳輸)，同時Weightless-P在基于蜂巢式網(wǎng)絡應用技術下進行功能擴展，甚至可較現(xiàn)有LPWAN應用提供更高容量的傳輸支持。

Weightless-P是基于開放性架構的LPWAN通信技術標準，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的窄頻通道采FDMA(Frequency Division Multiple Access)+TDMA(Time Division Multiple Access)調(diào)變，作業(yè)于免授權的sub-GHz ISM空白頻譜(white space)頻段。進行無線數(shù)據(jù)傳輸，透過開放標準與更長距離傳輸應用支持，搭配關鍵參數(shù)進行物聯(lián)網(wǎng)連接能力重新定義，提供物聯(lián)網(wǎng)應用低復雜度、長電池壽命、高可靠度、傳輸范圍長與高安全的開放通信技術標準。

由于Weightless-P標準為瞄準傳輸條件相對較嚴苛的都會應用環(huán)境需求設計，可在2km距離范圍內(nèi)支持采電池電力驅(qū)動終端設備的移動裝置，與無線應用其他裝置進行雙向無線數(shù)據(jù)通信。

Weightless-P標準號稱可在2016年初推出相關支持硬件。更有趣的是，基于Weightless-P標準開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)應用，在IoT(Internet of Things)裝置與通信基地臺之間可以實踐時間同步、進行數(shù)據(jù)雙向傳輸，還可優(yōu)化無線電頻譜資源使用進行物聯(lián)網(wǎng)裝置漫游聯(lián)機支持。

低功耗Wi-Fi HaLow技術方案

有趣的是，物聯(lián)網(wǎng)應用實在太熱門，也吸引目前使用率最高的Wi-Fi網(wǎng)線通信技術陣營為鞏固應用主流地位，也釋出針對物聯(lián)網(wǎng)連接需求架構優(yōu)化的Wi-Fi HaLow低功耗通信技術方案。Wi-Fi HaLow為瞄準低功耗傳輸需求開發(fā)，該通信技術為基于IEEE 802.11ah通信技術標準，使用頻段為2.4GHz、5GHz或900MHz頻段，相較目前IEEE 802.11ac Wi-Fi通信技術，Wi-Fi HaLow低功耗通信技術在訊號覆蓋范圍可擴展一倍，更長的傳輸距離在部署物聯(lián)網(wǎng)應用終端更具使用價值。

Wi-Fi HaLow通信技術方案，適合應用于智能家居、智慧城市或智能工業(yè)等物聯(lián)網(wǎng)應用，比較現(xiàn)今主流Wi-Fi技術，由Wi-Fi HaLow低功耗通信技術的傳輸功耗極低、加上Wi-Fi通信應用本身的技術滲透率較高，Wi-Fi具備可穿墻傳輸、較長傳輸范圍等優(yōu)點，對于穿戴式應用或是物聯(lián)網(wǎng)傳感器部署均具備導入價值。

Wi-Fi HaLow可以擴展Wi-Fi無線通信技術至900MHz應用頻段，這會適合如穿戴式電子應用、特殊傳感器部署、或其他低功耗物聯(lián)網(wǎng)應用終端，無線傳輸可涵蓋的收/發(fā)范圍可以較現(xiàn)有Wi-Fi無線應用擴展一倍以上距離，由于該技術基于使用率相對高許多的Wi-Fi無線傳輸協(xié)議，業(yè)界一般預期在導入物聯(lián)網(wǎng)應用、相關技術軟/硬件與服務方面的無線通信驗證，將可以加快應用市場提高滲透率目標。

Sigfox無線通信技術

來自法國的Sigfox無線通信技術，特性恰好與介于先前文章提到的LoRa與NB-IoT之間，Sigfox雖然采用非授權頻譜，但是需要仰賴廠商搭建的基地臺，如此一來便能在成本與通信質(zhì)量上取得平衡，此外Sigfox也提供Sigfox Could云端系統(tǒng)整合服務，能夠降低用戶開發(fā)程序、存取數(shù)據(jù)的復雜度。

Sigfox也是種低功耗廣域網(wǎng)(Low Power Wide Area Network，簡稱LPWAN)規(guī)范，它采用Sub-1 GHz ISM頻段進行通信，這種無線電波為運作頻率在1GHz以下的工業(yè)、科學和醫(yī)療專用波段，根據(jù)維基百科記載，使用這些頻段無需許可證或費用，只需要遵守一定的發(fā)射功率(一般低于1W)，并且不要對其它頻段造成干擾即可。

雖然Sigfox與LoRa一樣，采用不需額外申請、支付相關費用的非授權頻譜，但是它卻采用蜂巢式網(wǎng)絡通信硬件架構，和NB-IoT一樣需要透過廠商搭建的基地臺提供通信服務，因此它的特性恰好夾在LoRa與NB-IoT之間，具有位于兩者之間的布建成本與通信質(zhì)量。

目前Sigfox已在法國、德國、美國等多個國家布建網(wǎng)絡系統(tǒng)，截止2017年1月為紙，其網(wǎng)絡已涵蓋29個國家和地區(qū)，臺灣部分則由Unabiz公司代理并負責建設，于2016年12月啟動六都的網(wǎng)絡建設。根據(jù)中時電子報的報導Sigfox預定于2017年第1季完成六都網(wǎng)絡，并于2018年第1季達成臺灣全島覆蓋。

NB-IoT特別適合物聯(lián)網(wǎng)裝置使用

NB-IoT的全名為NarrowBand IoT，顧名思義，就是為物聯(lián)網(wǎng)裝置設計的窄頻無線電通訊技術，它是由3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃，功能為制定國際電信標準的組織)所提出的通訊標準，以目前手機使用的移動通訊技術為基礎，讓透過電池提供電力運作的物聯(lián)網(wǎng)裝置，能夠具有長距離通訊的能力，以及保持長續(xù)航力的特色。

不同于LoRa采用非授權頻譜，NB-IoT則是采用授權頻譜，兩者主要的差異在于是否需要無線通信使用的頻段，是否需要經(jīng)過主管機關分配與授權電信商使用。簡單地說，一般手機使用通訊頻段，就是屬于需要受到管制的授權頻譜，申請執(zhí)照后才能使用，一般人不能私自架設基地臺，而Wi-Fi無線網(wǎng)絡則屬于非授權頻譜，大家都不需申請即可自行在家中裝設熱點。

由于LoRa采用的是非授權頻譜，因此在使用的過程中不會產(chǎn)生相關費用，然而因為NB-IoT采用頻率低于1GHz授權頻譜，根據(jù)NB-IoT vs LoRa Technology白皮書的信息，這種sub-GHz頻譜中，每MHz的申請成本約為美金500萬元，另一方面，因為NB-IoT需要仰賴移動通訊的基地臺，所以在建置成本上會比較高。

不過也就是因為NB-IoT用戶許可證頻譜，因此訊號比較不會受到干擾，能夠避免在裝置繁多的環(huán)境中發(fā)生彼此干擾的問題。而且相較于LoRa使用的通訊方式為異步通訊協(xié)議，NB-IoT使用的同步通訊協(xié)議能夠降低通訊的延遲。

有趣的是，雖然NB-IoT需透過基地臺提供服務，但是它能兼容于4G移動通訊的基地臺，因此在已經(jīng)具有4G移動通訊網(wǎng)絡的區(qū)域，只須需更新基地臺內(nèi)的軟件就能完成部署，不需重新架設專用基地臺，因此實際上并不會花費太多時間與成本。