物聯網重點技術 LPWAN 解析,6大主要技術、各家優勢與產業發展、商業模式與智慧城市應用

物聯網是資通訊產業接下來的發展重點之一,而且會由許多新創團隊推出各種產品與應用,做為資通訊領域新創團隊的推手之一,「Mobileheros通訊大賽」已經舉辦了15年,更從2014開始鎖定物聯網、智慧城市為主題,召募許多好手參與競賽,也產出許多優秀的作品

2017年通訊大賽已於5月開始召募參賽團隊,同樣以物聯網、智慧城市做為主旋律,相關的應用可以千變萬化,但同樣都需要無線網路做為底層機制,為了因應物聯網裝置省電、長距離傳輸資料的需求,低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network, LPWAN)因此而生,本文即在介紹LPWAN六大主要技術、各家優勢與產業發展、商業模式與智慧城市應用。

LPWAN由於不要求複雜的影音、大資料傳輸、即時訊息等,是物聯網談論多年之後,最具體的萬物聯網實現,物聯網裝置數量被看好有智慧型手機十倍的市場規模,因此產業界面對此一趨勢,也興起一波投入熱潮,希望能先行卡位搶佔商機。

無線通訊領域20年來的發展非常迅速,從行動電話問世到現在已經在討論第五代標準,而在5G正式上路之前,LPWAN提供產業持續前進的動力,由於LPWAN相關技術難度不高,所以許多低功耗長距離的技術陸續被提出,較受注目的包括使用授權頻段的NB-IoT(Narrow Band-IoT),以及採用非授權頻段的LoRaWAN、Sigfox、Weightless、HaLow、RPMA(Random Phase Multiple Access)等。

這些技術有些已發展一段時間因概念接近物聯網應用而被歸類LPWAN範疇,也有全新制定如NB-IoT,另有現有技術延伸的版本如HaLow,特別的是這些技術幾乎同時在2017年就位,可以明顯感受各技術陣營動作頻頻,預期這場競賽在今年會是科技產業一整年最熱門的話題之一。

LPWAN 概論與6個主要技術介紹與比較

目前較受關注的六個LPWAN技術中,大概可以從技術使用的無線電頻段分成授權頻段(License Band)與非授權頻段(Unlicense Band)(表1),使用授權頻段技術為3GPP主導的NB-IoT,採用現有3G/4G網路,主要投入為電信營運商與相關設備廠商;而使用非授權頻段技術就呈現遍地開花的狀況,大部分不屬於電信領域的ICT廠商都投入這些技術,甚至多方押寶。本文希望就2017年這些技術的發展現況與布局,觀察未來LPWAN的樣貌。

▼表1:LPWAN 六個主要技術。

物聯網重點技術 LPWAN 解析,6大主要技術、各家優勢與產業發展、商業模式與智慧城市應用

NB-IoT力拼後來居上

3GPP在2016年驚覺LPWAN商機已經降臨,決定於6月發表的R13規範就推出NB-IoT的正式標準,所以目前也還沒有商業應用的案例,Vodafone宣布即將於2017年3月於德國、愛爾蘭等國家推出服務。NB-IoT之所以受到矚目,因為該技術是由3GPP主導,並獲得三大電信設備商諾基亞(Nokia)、愛立信(Ericsson)、華為支持,加上全球三百多家電信營運商的行動網路布建覆蓋全球90%以上區域與幾十億人口,而且不用布建新的網路,諾基亞(Nokia)解決方案營銷部台港澳業務銷售總監鄭志中表示,NB-IoT三種網路運作頻段,無論是在現有頻段(In Band)、保護頻段(Guard Band)或新頻段(Stand Alone)皆可以簡單的利用軟體升級,在最短時間內推動服務上路。

另外,NB-IoT使用電信級網路,所以對於網路品質、訊息安全都有高度的保障,在部分敏感性較高的應用,如高價貨品的追蹤相對有利基。2017年3GPP還要發表R14版本的技術規範,在NB-IoT的部分包括,定位(Positioning)、多點傳送(Multicast)、非標定的PBR增強(Non-Anchor PRB enhancement)、移動性與服務連續性(Mobility and service continuity)、新的功率消耗模式(New Power Class)、降低功率消耗與延遲性(Power consumption and latency reduction),讓NB-IoT的技術競爭力更為完整。

不過,相信自Vodafone推出NB-IoT服務之後,許多營運商就會陸續跟進,2017年下半年會有更多的系統測試與上線,預計到2017年底會有約20個電信營運商推出相關服務,同時這段時間也是營運商推廣其服務模式與終端產品的關鍵時刻,一般預測2018年以後才會是NB-IoT技術大顯身手的時間,主要是R14版本的技術改善內容已經穩定也導入相關產品,同時營運商也可以摸索出市場接受的商業模式。

Sigfox積極佈建網路

而在2017年NB-IoT還未站穩腳步的這一年,可以說是非授權頻段技術可以拉開差距的最佳時機,原先以LoRaWAN、Sigfox、RPMA這些標準為主的LPWAN技術,技術成熟度本就領先NB-IoT一~二年,2017年部分LPWAN技術已經踏上商業化的腳步,若可以利用這不到兩年的時間好好發展,或許就可以搶占先機,並藉此在市場上取得一席之地。

來自法國的Sigfox顯然非常清楚不管是授權頻段的NB-IoT或非授權頻段的競爭對手們,現階段最重要的目標就是網路布建,與表1在2016年9月的統計數字相較,Sigfox 2017年1月的網路涵蓋進步到了29個國家地區、170萬平方公里、4億7100萬人口,包括透過其在台合作網路營運商優納比(UnaBiz),於2016年12月啟動六都的網路布建。

Sigfox計畫於2018年將網路布建推進到60個國家。與其他LPWAN技術相較,Sigfox是傳輸速率最低的技術僅100bits/s,每天每個裝置只能傳送最多140個訊息,每個訊息酬載(Payload)最大12bytes。裝置(TX)跟基地台(RX)之間不需要任何溝通,裝置只要在對的頻率發射訊號(使用SigFox Radio Protocol),基地台會自行接收訊息。

Sigfox定位為物聯網的營運商,所以該公司自己掌握核心網路的營運與布建,強調一個國家地區一個營運商,全球同一網路,這是該技術最大的特色,但某種程度也是發展的一大阻礙,因為網路服務商無法進入其產業鏈,少了電信商的支持,Sigfox要進入消費性物聯網市場難度將更為提升。

LoRa大軍聲勢浩大

由IBM、Cisco領軍的LoRa可以說是目前為止最受產業支持的LPWAN技術,LoRa聯盟以17個贊助會員為主,甚至包括韓國SK Telecom與法國Orange與大陸中興這類電信廠商加入,台灣同樣也有許多廠商參與,聯盟中各領域類型的廠商都有,目前也積極在各地布建網路當中,台灣就有鴻海旗下的富鴻網於雙北市布建了500個基地台;另外,正文科技也透過台北市智慧城市計劃布建了一個LoRa實驗網路。

LoRa表示,2016年有17個國家宣佈建網計劃,超過120個城市已有運行網路,也受到多個電信營運商支持,包括台灣的亞太電信也在鴻海集團資源的支持下,宣示進軍LoRaWAN領域,並成立富鴻網串連上下游,其採行類似Sigfox的垂直整合模式,從上游的硬體製造到網路布建、服務供應一條龍的作法,如果該模式成功,可能會成為物聯網時代領導廠商之一。

不過,LoRa在目前400多個聯盟會員中,晶片廠商算是相對弱勢的一環,與Sigfox相較,該技術雖然掌握核心網路,但在晶片與周邊設備上採取開放的態度,免費授權給晶片供應商,LoRa雖然也積極與晶片商合作,但其網路核心技術掌握在發起廠商之一的陞特(Semtech)身上,晶片廠商要合作通常是以MCU搭配Semtech的通訊晶片,或者推出模組的方式。

RPMA唯一採用2.4GHz

與其他LPWAN技術普遍採用Sub-GHz頻段不同,由美國IC設計公司Ingenu主導的隨機相位多重存取(Random Phase Multiple Access, RPMA),採用我們熟知的2.4GHz頻段,並支援韌體空中更新(FOTA)功能。無線模組廠商u-blox商業開發經理黃俊豪(圖1)說明,該公司在非授權頻段的LPWAN技術中特別看好RPMA,所以將與Ingenu合作,由Ingenu提供核心IP、瑞薩(Renesae)製造晶片、u-blox負責模組整合製造,同樣具有低成本、傳輸距離遠、電池續航力超過十年的特點,產品將於2017年第一季問世。

▼圖1:u-blox商業開發經理黃俊豪。

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與其他LPWAN技術相較,Ingenu認為,其網路覆蓋能力強,RPMA基地台覆蓋整個美國只需要619個基地台,而採用LoRa技術則需要10830個基地台。系統容量大,以美國為例,如果物聯網中的設備每小時傳輸一百個位元組的資訊,那麼採用RPMA技術可以接入249232個設備,而採用LoRa技術和Sigfox技術則分別只能接入2673個設備和9706個設備。

為迅速佔領低功耗廣域網路市場,Ingenu表示,該公司已經在全球超過45個國家和地區部署其2.4GHz網路RPMA,目標在2016年底於美國30個城市建立600個通訊塔,覆蓋七成的美國國土。此外Ingenu也打算與更多晶片、模組及系統供應商建立夥伴關係,圍繞RPMA技術打造健康的生態系統,進一步推進RPMA的市場應用。

Weightless鴨子划水當中

Weightless有三個不同的架構:Weightless-N、Weightless-P和Weightless-W。Weightless-N屬於單向通訊,是低成本的版本;Weightless-P是雙向通信版本,通訊效能較好;如果當地TV空白頻段可用,可選擇Weightless-W。ARM支持的Weightless-P頻寬為12.5kHz。

Weightless與歐洲電信標準化協會(European Telecommunications Standards Institute, ETSI)達成合作協議,該技術未來可能會仿效Wi-Fi,建立統一的標準和認證體系,將技術和產品標準化、產業化。根據Weightless SIG的目標,一個Weightless連接終端成本希望在2美元以內,一個Weightless基地台的材料成本低於3000美元。

Weightless-P使用GMSK(高斯濾波最小頻移鍵控)和offset-QPSK(偏移四相相移鍵控)調變提供最佳的功率放大器效率。優必闊科技(Ubiik)研發副總經理傅倬(圖2)解釋,offset-QPSK調變本身還具有干擾免疫和使用擴頻技術提高網路連結品質。17dBm的低傳送功耗,終端可以用紐扣電池供電。自適應數據速率還允許節點用最小的發送功率建立一個新的信號通道到基地台,因此可以延長電池壽命。在待機模式下,Weightless-P的功耗小於100uW。

▼圖2:優必闊科技(Ubiik)研發副總經理傅倬。

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HaLow讓WiFi走出戶外

在無線區域網路(WLAN)取得巨大成功的WiFi,其實一直想要克服只能侷限於室內的狀況,由IEEE主導的802.11ah標準,Draft 9.0版本於2016年9月完成,12月完成標準委員會核定程序,預計2018年可以商業化,命名為HaLow,採用非授權的900MHz頻段,傳輸距離達1公里,傳輸速率150kbps~347Mbps。

IEEE還規劃有採用電視白頻道頻段54~790MHz的802.11af技術(圖3),期待能提供更低功耗與更長傳輸距離,從HaLow的規格看來,傳輸距離與動輒數十公里的其他LPWAN技術相較還有一段差距,雖然可以透過Multi-hop relays技術延伸到數公里,但由於起步時間較晚,產業鏈也呈現付之闕如的狀況。好處是WiFi網路布建並不困難,只要透過設備升級就可以,目前也只定位在NB-IoT的中繼解決方案,真正廣域的連結還是透過NB-IoT。

▼圖3:採用電視白頻道頻段54~790MHz的802.11af 技術。

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三個最被注目的技術:NB-IoT、Sigfox、LoRa

NB-IoT、Sigfox、LoRa這三個最被注目的LPWAN技術,LoRa有最多廠商支持,技術最簡單的Sigfox最有可能在短時間內達到終端晶片2美元的目標,NB-IoT則很可能在2018年領導LPWAN市場,LPWAN引發科技業近年少見的投入熱潮,物聯網的產業規模無庸置疑,但哪個技術才是消費者需要的?是不是要多選幾個技術投入?押寶哪一個成功機率最高?我們來幫LPWAN三強比一比。

NB-IoT萬事俱備只欠東風

NB-IoT由於有3GPP的主導與全球電信營運商背書,而且採用電信級網路與服務,被視為最有低功耗物聯網時代霸主的潛力,3GPP支援的LTE-M(或eMTC)、NB-IoT等技術,工作於授權頻譜下,為絕大多數通信營運商所採用,目前在亞洲、歐洲、美洲等區域已開通實驗網,預計到2018年全球至少超過30家營運商會投入營運。

由於NB-IoT不需要重新布建網路,產業鏈也與現有電信網路產業的廠商一致,包括設備供應與網路服務都是現有的,因此相關業者等待的「東風」便是市場需求,NB-IoT的服務有較高的成本,所以服務必須收費,但是甚麼樣的服務消費者會願意付費,NB-IoT的商業模式不同以往,而且也不像過去用SIM卡收費的模式,許多物聯網節點並不跟著人走。

另外,推動NB-IoT最積極的廠商華為,也透過旗下的海思發表相關解決方案,另外,英特爾(Intel)進度也頗為領先,由上面的市場訊息觀察,NB-IoT被看好不是沒有原因的,雖然該技術不像LoRa那樣敲鑼打鼓,看似聲勢浩大,但相關廠商都已經準備妥當,只待商機爆發,產業鏈馬上就準備妥當。

Sigfox以網路布建帶動產業鏈

Sigfox在許多市場都已經進行商業化運作,近期更加積極在世界各地布建網路,該技術雖然不像NB-IoT獲得市場廣泛注意,也不像LoRa有許多ICT大廠投入,但Sigfox上游技術IP免費授權的策略,也吸引許多廠商加入其生態系統,包括上游的晶片、模組製造、系統整合、專業代工設計與生產、平台服務、通路等都是Sigfox產業生態系中的成員。此外,Sigfox也全力協助廠商進行產品開發,將所有合作夥伴資訊整合到Sigfox Partner Network當中。

目前Sigfox已經有71個設備製造夥伴、49個IoT平台供應商、8家晶片供應商、15個模組廠商、30家軟體與設計服務業者與4個育成/創投業者。其中晶片供應商包括德州儀器(TI)、意法半導體(ST)、芯科(Silicon Labs)、安森美(On-Semi)、恩智浦(NXP)、Ethertronics、Microchip與雲創通訊(M2Comm)。

其中,雲創通訊是Sigfox晶片供應商中唯一的台灣新創IC設計公司,該公司全球業務與行銷副總曾志光(圖4)表示,雲創一開始就定位在無線通訊技術,早期切入RFID,後來低功耗無線網路技術剛發展時,就投入Weightless技術,後來發現更能發展物聯網優勢的Sigfox,也積極投入研發資源,並於2016年9月順利發表Sigfox解決方案。

▼圖4:雲創通訊全球業務與行銷副總曾志光。

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LoRa產業鏈就是致勝關鍵

擁有400多家會員的LoRa Alliance,產業鏈最完整,LoRa是除了NB-IoT之外,唯一吸引電信營運商投入的LPWAN技術,國內的亞太電信近期的發展狀況就非常引人注意,其實該公司投入LoRa背後有鴻海集團的支持,負責網路建設與營運的富鴻網網路系統整合規畫部協理林倉本(圖5)說,在LoRa的發展過程,亞太電信負責業務與行銷,富鴻網原來是亞太電信的網路技術部門,負責網路建置與營運,包括GT IoT的雲端大數據平台。

▼圖5:富鴻網網路系統整合規畫部協理林倉本。

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而母集團鴻海則是負責從晶片的採購到組裝成模組,再製造成需要的終端裝置或閘道器(Gateway)。林倉本解釋在LoRa網路中,有一個稱為網路伺服器(Network Server)的架構,負責網路控管、過濾重複封包、動態調整資料傳輸速率,可以維持網路品質的穩定,集團自己可以產出功能較簡單的網路伺服器,具備完整功能的網路伺服器就與網路大廠Actility合作。

在營運模式上,林倉本說明,目前富鴻網已經在雙北市布建了500個LoRa網路基地台,基本上已經覆蓋北台灣的人口稠密區,至於網路的運作,還是以大數據平台為核心,採用「分享資料,傳輸免費」的原則,只要是公開的資料就不收取使用者網路傳輸費。反之,若是不想把自己的資料公開分享或者希望網路私有的應用則需要另外建置或收費。

LPWAN技術應用場域與需求

物聯網的應用包山包海,每一類應用又因為實際狀況的不同而有其差異,以最普遍的環境監控應用來說,可以監控火山爆發、土石流、雪崩這些大型災害,也可以監控家中的溫濕度與PM2.5濃度。完全因使用者需求而定,沒有一定嚴格的標準,而每個LPWAN技術與什麼應用最為速配,就要看技術本身的特性與應用的搭配。

NB-IoT適合高階應用

NB-IoT採用電信級的網路,服務品質有保障,適合高價貨物的追蹤,與消費者直接有關的大規模應用較為適合;另外,如家中長輩的健康照護也適合採用NB-IoT,而且這類服務使用者願意付費。但工業控制、智慧製造、智慧農業等就不太適合。

而Nokia最近幾年透過投資/併購部分專業領域的廠商,希望未來能與相關領域有更多合作,該公司解決方案營銷部台港澳業務銷售總監鄭志中說明,包括健康/醫療、智慧家庭、公共建設、保全等領域都是該公司看好的。另外,是德科技(Keysight Technologies)行銷處資深專案經理郭丁豪(圖6)指出,在NB-IoT發展初期,政府公共建設需求將帶動該技術的發展,標案是重要的市場,而且在這個模式中政府會編列預算支應服務費用,相較消費市場可以很快回收成本。

▼圖6:是德科技行銷處資深專案經理郭丁豪。

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Sigfox適合大範圍低價應用

Sigfox在目前的LPWAN技術中,具傳輸速率低、傳輸範圍廣泛的特點,適合用在大範圍的環境監控,但該技術每天資料傳輸量有上限,所以以基礎訊息為主,不能傳輸太大量複雜的資訊,比如智慧讀表(Smart Meter)就是很適合Sigfox的應用之一,但最近節能減碳話題升溫,在歐美等地都實施尖離峰差別電價,所以智慧電表需要約15分鐘密集回報用電量,這樣的傳輸頻率Sigfox就無法負擔。

所以,像水錶、電表、路燈控制這類的應用,流量回報頻率低於每小時一次的就適合Sigfox應用。另外,部分監測與警報系統如土石流、下水道、國土智慧監測也是Sigfox的目標市場。在歐洲,Sigfox也與擁有百萬客戶等級的保全業者合作,提供居家保全的入侵警示服務。而智慧停車是大部分LPWAN技術都訴求的應用之一,所以這類應用會很快成為價格市場,有低價化優勢的Sigfox預計能搶下部分市場。

LoRa封閉型網路應用有潛力

LoRaWAN傳輸距離不若Sigfox,但其相對也擁有較高傳輸頻寬,所以保證傳輸訊號的數公里範圍內,台灣的高科技產業有很多工廠,以晶圓廠為例,一個廠區少則一公里,大則十公里上下,而在工廠內則有許多數據需要蒐集,包括溫度、水、氣體與生產數據等,LoRa的頻寬可以負擔。

所以在廠區建設一個封閉型的LoRa網路,建設成本與難度都不高,將廠區數據蒐集後,再透過更大範圍的NB-IoT網路或者現有的4G LTE網路傳送到開放的雲端或私有雲,整合多個廠區的數據進行彙整分析,就會是智慧製造非常有用的資訊。

其他像是RPMA因為採用全球開放的2.4GHz頻段,所以適合推動全球化的應用,如貨物追蹤,而HaLow因為與WiFi關係深厚,所以預期發展可以從智慧家庭應用相關與公共無線區域網路延伸的應用出發。現階段對於所有的LPWAN技術來說,找到利基性的應用,並深化其產業服務內容是第一要務,對於物聯網如果有太多不切實際的想像,可能很快就會碰到找不到需求的瓶頸。

LPWAN的商業模式與智慧城市應用

物聯網應用日益多元(圖7),不同於行動通訊對於大頻寬、低延遲等傳輸要求,許多物聯網應用如監測空氣品質、電表資料傳輸等服務,資料封包小、對於延遲容忍程度較大,同時,在環境監測、管線監測等應用場景中需要廣範圍布建,或是地處偏遠、位於地下室、地底等屏蔽較嚴重的地點,既有無線通訊或行動通訊技術之傳輸訊號到達不易,預期相關應用將在這一兩年逐步展開。

▼圖7:智慧城市應用的一些範例。

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LPWAN的商業模式

關於LPWAN提供物聯網服務的業者其營運模式與收費方式,以Sigfox為例,其目標在於建立一個全球統一的物聯網網路,類似營運商eSIM的概念,基本上用戶可在全球範圍下使用Sigfox服務而不需考量漫遊問題。Ingenu亦與Sigfox採用類似作法,透過專屬授權給不同地區的業者進行布建與經營RPMA網路,如新創公司IoTOz取得澳洲、紐西蘭的網路授權。LoRA WAN目前在各國營運方式大致上分為兩種類型,第一,與當地營運商合作,由LoRa Alliance提供技術與產品認證。第二,由製造商自行架設基地台,提供應用服務。

LPWAN的收費模式可歸納為裝置/服務綁定、服務費與通訊費等三種類型。裝置/服務綁定方面,如法國業者Capturs的GPS裝置定價包含硬體設備及Sigfox通訊費用。服務費部分,韓國業者Sparcosa的LoRa追蹤器需要用戶額外添購一個月5美元的服務費用。通訊費方面,如Sigfox提供範圍從1美元/月到1美元/年的資費方案,依照用戶連結的裝置數量進行個案調整。

免執照LPWAN在歷經多年技術發展與應用測試,目前服務供應與收費方式已逐漸成形,使用執照頻段的NB-IoT也在3GPP的推動下加速標準制定,營運商亦積極推動建設,預期LPWAN商用服務於2017年更加蓬勃開展。

智慧城市應用,兵家必爭

LPWAN由於具有低功耗與長距離的優勢,因此適用於需要廣範圍布建且傳輸資料量小的應用領域,就目前LPWAN業者提供的服務現況而言,可歸類為資產追蹤、停車管理、環境監測、智慧讀表系統等四大領域,以下舉出數個國際上的案例供大家參考。

資產追蹤

資產追蹤方面,Sigfox與新創公司Capturs合作推出GPS位置追縱服務,提供運動愛好者在偏遠地區或長距離的定位資訊,亦展開公益計畫如贊助比利時之南極洲伊莉莎白公主研究站利用搭載GPS與Sigfox技術之裝置即時追蹤人員移動與裝備位置。LoRa在資產追蹤的相關應用,如布魯塞爾機場在飛機貨運車上利用LoRa Sensor,對貨車實施遠距監控與調配運用;在澳洲,衛星業者Immarsat利用GPS及LoRa網路監控牧場中的牛群與水源等。

停車管理

停車管理應用部分,在比利時阿爾斯霍特市政府於停車位上布建LoRa Sensor,駕駛人可透過Smart Parking APP搜尋距離最近的停車場與車位。Vodafone利用800MHz頻段的商用LTE網路,在西班牙馬德里的Vodafone Plaza進行智慧停車應用服務測試,透過停車感測器偵測停車格狀態,華為與中國聯通在上海測試NB-IoT的智慧停車服務,車主可遠端查詢與預訂車位,提高車位利用率。

環境監測

環境監測方面,英國由物聯網新創公司Nwave與英國數位經濟技術與創新中心(Connected Digital Economy Catapult)合作,以Weightless-N技術為基礎在倫敦布建智慧城市網路,提供空氣汙染監測。Ingenu與Libelium、PTC合作利用RPMA網路蒐集城市中空氣品質資訊進行分析。

智慧讀表系統

在智慧能源讀表相關應用方面,韓國SKT與SK E&S合作在首爾、釜山與光州等三個城市測試運用LoRa網路的瓦斯先進讀表系統,提供自動讀表與偵測瓦斯漏氣等服務。Sigfox與法國電力與天然氣供應商ENGIE子公司ENGIE M2M布建Sigfox Smart Meter於建築物中,協助用戶能源使用管理。Vodafone以及瑞士模組廠商u-blox共同在西班牙蒙卡達完成NB-IoT前標準(Pre-Standard)商用測試,以u-blox模組搭配華為子公司Neul所開發之NB-IoT晶片嵌入智慧水表中,使水表能夠接入行動網路,透過窄頻通訊達成遠端自動抄表作業。

2016通訊大賽使用LPWAN技術的作品

經過前面的說明,相信讀者已對LPWAN的各項技術與應用有些概念,對於想參加2017年通訊大賽的團隊來說,可以參考2016年通訊大賽的結果進行規畫,以下分享幾個使用LPWAN進行實作的作品。

一、可穿戴式之山區無線通訊裝置

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由於團隊成員的同學父親在登山時傳來噩耗,讓他們想要解決山區通訊不佳、無法即時掌握氣候變化的問題,因此推出基於LoRa的點對點訊息傳輸系統「雪巴Sherpa」,是以LinkIt ONE為主處理器的穿戴式裝置,內建藍牙、GPS、生理偵測模組,隨時獲得登山客的位置與資訊,搭配緊急按鈕可在危險時發出求救,透過LoRa 將GPS數值傳至15公里遠,讓搜救更有效率。搭配的雪巴APP透過藍牙做連結,多個雪巴裝置可形成山區無線網路,以雷達圖顯示人員與自身相對位置、移動路徑等資訊,即時掌控山友狀態,APP可發出文字訊息在山區溝通,完全毋需手機訊號。建置於山區的環境偵測器可偵測土石崩落、下雨、溫度過高等危險,第一時間通知山友環境情況。

二、LinkItBike

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目前市面上的單車車隊管理系統往往都依靠3G/4G網路來進行通訊,但還是有很多人的智慧型手機沒有3G/4G網路,所以該團隊想出一套只需一人有3G/4G網路就能進行單車車隊管理的系統,這也是有別於市面上的單車車隊管理系統的一大特色,LoRa才是單車騎士的主要溝通方式。本系統將LinkIt Smart 7688 Duo和LoRa通訊模組結合,串接Google服務的地圖服務,使用端可將目前的位置、速率、心跳等必要資訊傳給補給車的工作人員端,由有3G/4G網路的補給車工作人員上傳訊息至雲端伺服器,讓監控端的成員即時掌握車隊的整體資訊,當需要求救時,只要按上APP的SOS鍵即可讓監控端成員得知並前往救援。本系統以LinkIt開發平台為核心,故取名為LinkItBike。

三、新世代公共自行車系統

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有鑑於台南市的公共自行車系統一直未見開始,對於喜愛台南而且身在台南的團隊成員有義務要來幫助這個城市。本系統主要以Youbike為案例範本,在這個架構下建立一整套改善Youbike不足之處的新世代公共自行車系統。目前的公共自行車系統還是不夠聰明,該團隊使用了不同的租借方法,支援各家行動支付系統,不再只有一卡通/悠遊卡。另外LoRa通訊也使得每台自行車都可以得到監控,使用者只要攜帶手機均可租借,便利性提高很多,另外藉由大數據分析,可以得知站台及單車流向,讓各站點能預先調度單車數量,避免無車可借或是無空位可停。期待本系統可以「超CBike趕Youbike」,讓大家的城市生活更加便利。

四、空氣汙染抑制系統

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每年大陸的沙塵暴、塵霾、車輛排放與工業區的廢氣,產生大量懸浮微粒,影響民眾的身體健康,然而大部分的情況,除了抗議以外,大家都無能為力。本作品利用Bee開發板搭配空氣感測器作為空氣污染的偵測手段,放於車輛或建築物找出污染嚴重的區域,並結合LoRa廣域無線網路,可偵測廣範圍的空汙情況,以OpenData方式讓大家了解空汙的程度。在這些區域擺放以風力傳動的靜電除塵器,運用大自然的力量24小時運作,進行懸浮微粒的收集,下雨時可透過雨水將累積的懸浮微粒沖洗掉。顛覆空氣清淨機昂貴且需電力的概念,以風力作為動力來收集懸浮微粒,也許一台機器的能力有限,但若大量佈置勢必可以減少懸浮微粒對環境的危害。

五、智慧路邊停車格導引系統

物聯網重點技術 LPWAN 解析,6大主要技術、各家優勢與產業發展、商業模式與智慧城市應用

駕駛人很難事先得知哪裡有空的路邊停車位,用巡繞的方式碰運氣很浪費時間。本作品提出「智慧路邊停車格導引系統」來解決問題,首先在路邊停車格上安裝車輛停放感測器(地雷式),它會偵測停放狀況並透過LoRa長距通訊模組回報給基地台及雲端做處理,接著使用者藉由行動裝置上的CityPark APP做即時閒置車位查詢並導引使用者至該車位。以CityPark命名代表著以整個城市為使用場域,讓你不再和停車格擦肩而過。CityPark具備了以下特點:長距離、高穿透,低功耗、城市級場域、跨平台技術、高強度需求、良好UX的APP,並符合目前世界智慧城市設計應用潮流。系統會過數據分析使用率來決定收費價格,有助於舒緩交通及分散停車格的使用。

2017通訊大賽正在召募團隊

物聯網重點技術 LPWAN 解析,6大主要技術、各家優勢與產業發展、商業模式與智慧城市應用

2017 年通訊大賽已經開始報名,今年一樣分成四大類別,分別是「智慧城市應用服務競賽」(報名截止時間為7/25 中午12點)、「聯發科技物聯網開發競賽」(報名截止時間為7/26 中午12點)、「SDN/NFV 創新應用競賽」(報名截止時間為7/27中午12點)以及「4G/5G 多天線系統及 IoT 天線設計競賽」(報名截止時間為9/7中午12點),有興趣的團隊可以到官網報名參加。

在此整理2016年參賽得獎團隊的資料,大家可以連結到各網頁進行觀看,了解他們的作品與想法。

2016通訊大賽「智慧城市應用服務設計競賽」決賽團隊36強出爐!

2016通訊大賽「聯發科技物聯網開發競賽」決賽團隊30強出爐!

2016通訊大賽「SDN/NFV創新應用競賽」決賽團隊9強出爐!

2016通訊大賽「4G/5G智慧終端裝置天線設計競賽」決賽團隊9強出爐!

2016通訊大賽頒獎典禮暨新創成果展實況,372個團隊激烈角逐,各獎項結果出爐,物聯網應用大放異彩

首圖圖片來源:gettyimages

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Philippe Tzou
1.  Philippe Tzou (發表於 2017年3月13日 18:35)
這篇文章寫的非常齊全,我們是SIGFOX臺灣的獨家營運商優納比網路公司·http://www.unabiz.com/,公司去年8月在臺灣成立,今天看到這篇文章很高興能夠在臺灣資通產業看到這麽犀利,技術研究準備齊全,把各種技術都介紹的很完整,感謝記者的專業報道!

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