隨著近期 T-Mobile 在荷蘭的首個 NB-IoT 網絡問世，物聯(lián)網 (IoT) 的通訊技術再掀熱議。正文科技執(zhí)行董事楊正任表示，傳統(tǒng)電信網絡功耗極大，雖較適合長距離的覆蓋、但覆蓋能力深受基地臺位置影響，且現(xiàn)階段尚未有低數(shù)據傳輸?shù)拿鞔_規(guī)范 (NB- IoT 仍前景未明)，加上建置成本高，讓低功耗廣域網 (LPWAN) 有異軍突起的機會，已廣泛應用在智慧工業(yè)、消費、建筑、城市、農業(yè)和物流領域。研調報告顯示，未來幾年不論在數(shù)量或價格上，LPWAN 都將大幅成長；就區(qū)域觀察，亞洲在 2025 年前更是處于黃金上升期，其后依序是北美和歐洲。
圖1：LPWAN 應用范疇
數(shù)據源：正文科技；編輯部整理
應用貌似雷同，其實各有巧妙
從技術角度看，LPWAN 適用于數(shù)據傳輸率在 1 Mbps 內、傳輸距離在 2,000 公尺到 1 公里的應用，剛好補足 Wi-Fi / RFID / Zigbee / NFC / Bluetooth 等中、短距離傳輸?shù)娜笨凇：喲灾琇PWAN 具有以下優(yōu)勢：省電、長距離傳輸、成本低、容量大，最重要的是靈敏度要夠高，能因應收訊不佳的惡劣環(huán)境——例如，電表、水表可能設在地下室。楊正任指出，坊間常把 LoRa、NB-IoT 與 SIGFOX 相提并論，其實并不確切，因為 SIGFOX 只是某家廠商的「解決方案」，而非共通標準；目前 LPWAN 仍以 LoRa 為主力，有一定的需求量。
照片人物：正文科技執(zhí)行董事楊正任
高爾夫球場草皮保養(yǎng)即是一例，藉由監(jiān)控土壤含水量、決定是否需要灑水；人孔蓋、地下管線為防范宵小偷竊或氣爆意外，路燈基于公安、維修及節(jié)能，也成為智能城市的典型應用。不過，楊正任提醒，即使是類似的場域，實際應用的重點不盡相同。以路邊停車格為例，在一位難求的城市，智能停車系統(tǒng)是為了讓駕駛方便找空位；在腹地廣大的地區(qū)，是為了盡快通知收費員前往開單，以免錯漏；但對于當場收取現(xiàn)金的停車場來說，目的是要精確記錄進出時間。「看似一樣的東西，其實有無限的想象，IoT 終端需要跨界整合」，楊正任說。
「臺灣在水平整合雖稍顯吃力，但只要有領航企業(yè)支持，在垂直分工上卻有蛻變成強大系統(tǒng)整合商的實力；可藉模塊化方式實現(xiàn)，不需從零開始」，楊正任建議。那么，營運商對 LoRa 的態(tài)度又是如何？鴻海旗下的富鴻網營運長陳盈棋指出，災害防治的感測系統(tǒng)若以有線供電，一旦電線損毀就會失靈；而 LoRa 的電池可用 5～7 年，若無遮蔽，城市傳輸距離可達 5 公里、空曠區(qū)甚至可達 65 公里，且連結節(jié)點數(shù)上看 1 萬個，所以他們評估：LoRa 是現(xiàn)有 IoT 無線通信技術中，最適合發(fā)展智慧城市應用者。
照片人物：富鴻網營運長陳盈棋
LoRa or SIGFOX，營運商各有所好
富鴻網甚至直言：「LoRa 是當下拼湊智慧城市的最后一塊拼圖」。陳盈棋表示，亞太電信已為 IoT 打造整套的腦神經網絡以串聯(lián)多元服務，包括：建置 LoRa、Wi-Fi 和 3G / 4G 基地臺 (熱點)，提供全方位通訊協(xié)議；使用 MQTT、REST、WebSocket 成熟技術做安全數(shù)據傳輸；支持各種云端服務的完整應用開發(fā)平臺；針對不同產業(yè)提供專屬服務；販賣通訊模塊和終端產品等各式物聯(lián)網設備。他并透露，亞太已在雙北與桃園地區(qū)的機場、公家機關、學校、交通要道和觀光區(qū)等人口密集區(qū)，建置 500 個 LoRa 熱點。
圖2：LoRa 產業(yè)生態(tài)圈
數(shù)據源：富鴻網
不讓 LoRa 一枝獨秀，負責 SIGFOX 建置與營運的優(yōu)納比 (Unabiz)，亦于今年 7 月先后在新加坡和臺灣地區(qū)展開部署。Unabiz 總經理邱賞恩介紹 SIGFOX 優(yōu)勢在于：熱點只接收數(shù)據并將相關數(shù)據傳給用戶，接收端 (Rx) 與發(fā)送端 (Tx) 之間利用「超窄頻」(Ultra Narrow Band, UNB) 調變，不切分頻段、省略溝通協(xié)商過程，可騰出許多網絡容量。「一般通訊技術約有 70～80% 的容量都是浪費在協(xié)商收發(fā)訊息；另一個焦點是，傳輸費用由誰買單？若需國際漫游，歐美費用尤其驚人，這些可能都是IoT 服務迄今未能蓬勃的原因」，邱賞恩提出他的見解。
照片人物：優(yōu)納比 (Unabiz) 公司總經理邱賞恩
「此外，終端裝置可能因區(qū)域性頻段限制，無法開發(fā)一體適用的產品而拉低投資報酬率；且用戶也會對輸入密碼感到不耐煩，人們想要的是簡單、便宜的通訊。今年巴西里約奧運法國運動員所用的旅行背包，就是采用 SIGFOX 技術做追蹤」，邱賞恩繼續(xù)述說。他闡述，SIGFOX 具有四大好處：1.以歐洲為起點，已在 24 國鋪設專用網絡，今年底預估會達 30 個、兩年后目標上看 60 個國家，覆蓋廣；2.傳輸功耗更低，待機及工作時間更長；3.終端裝置已經原廠認證，用戶不需 SIM 卡就可操作；4.不需漫游費用，單一裝置使用費，每個月最多不超過 1 美元。
少了聯(lián)盟支持，行不行？
雖然 SIGFOX 自豪不需加入產業(yè)聯(lián)盟即可運作，卻同時意謂一個事實：少了聯(lián)盟推動，更需要全球組件商、設備廠、營運商、第三方軟件業(yè)者和各國政府鼎力相助，要如何「政通人和」，以免重蹈過去 WiMAX、UWB 等落馬覆轍？遂成最大挑戰(zhàn)。面對此類質疑聲浪，邱賞恩的回復是：聯(lián)盟為壟斷利益，會員相對須付出昂貴成本；而 SIGFOX 的營運模式是沒有進入門坎，只有依出貨量所支付的認證費用。他分析，許多通訊技術之所以達不到理想狀態(tài)，可能是天線設計不良導致，這筆認證費用就是為確保產品的 SIGFOX 設計能發(fā)揮最佳效能。
圖3：SIGFOX 通訊原理
數(shù)據源：優(yōu)納比 (Unabiz)
邱賞恩宣示 Unabiz 的市場策略是：不賣技術，只賣通訊服務。常參與國家通訊委會員 (NCC) 會議、本身也是創(chuàng)業(yè)家的臺灣大學電機研究所教授周俊廷，對此給予相當肯定。「IoT 并不如想象中好賺，如何把手上資源轉化成獲利最重要；雖然搭建平臺不容易、不能保證 SIGFOX- Unabiz 這種商業(yè)模式一定會成功，但至少他們對自己的角色定位十分清楚，就是要賺 Connectivity 這個階段的錢」，周俊廷如此評語。他并提到，過去曾砸重金標得執(zhí)照的電信營運商，對于未授權頻段 (Unlicensed band) 或許有所微詞。
揭密 IoT 后續(xù)衍生議題
周俊廷進一步說明，授權與否的初始成本差距甚遠，自然營運模式也須隨之調整；另既是三不管地帶，相對較為溫和的技術在發(fā)出訊號前，會先禮貌性地探詢頻段使用狀況；但不免也會有完全不理他人的自私者，半路殺出或自顧自地占用頻段。是否要有所規(guī)范以維持秩序？亟須正視。楊正任表示，LoRa 多在非授權頻段工作，故須強化抗干擾和跳頻能力 (例如每個頻道跳越間隔不能超過 0.4 秒)；但針對智能電網等重大設施，通常會劃分專屬頻段供使用。就專業(yè)立場來看，國際電信聯(lián)盟的 NB- IoT 頗有「迭床架屋」之感，未來要容納 IoT 應用恐力有未逮。
照片人物：臺灣大學電機研究所教授周俊廷
楊正任預測 NB- IoT 與 LoRa 的競合，極有可能比照 LTE 與 Wi-Fi 的共存形式，并行不悖。IoT 瓶頸仍是終端整合，而營運商最快的獲利快捷方式是「替代性服務」；若要推動前所未有的創(chuàng)新應用，從布建到營銷所費不貲，營運商恐不愿貿然投入。有業(yè)界先進以 Apple vs. Android 對比 SIGFOX 與 LoRa 的關系：獨樹一幟的好處是不會有硬件破碎化，而開放式平臺則有利于大眾創(chuàng)新，是兩種截然不同的思維。楊正任認為，全世界法定頻段和技術規(guī)范迥異，根本不可能用單一產品行遍天下；其次，不同產業(yè)應用對于寬帶要求亦不同。
楊正任指出，有些簡單的應用，單向通訊即可搞定、有些則需雙向；再者，雖然理論上 LoRa 可近 10 年才換電池，可惜……電池壽命不可能存續(xù)那么久！顯得有些不切實際。就算只是靜置，電力多半會在數(shù)年內耗盡；若是戶外裝置，還須考慮風吹雨打的外在侵襲。最后是遮蔽和背景干擾；在極端理想的通透環(huán)境下，LoRa 有效傳輸距離的極限期望值甚至可達 70 公里。然而，待 IoT 裝置滿山滿谷、成千上萬地爆炸式插旗，若無適當監(jiān)管勢必相互掣肘、引發(fā)「工地災難」，讓傳輸效率大打折扣。
創(chuàng)新應用，從日常生活出發(fā)
環(huán)境監(jiān)控應用中，與空氣、水、電、瓦斯相關需求堪稱最迫切。華碩云端總經理吳漢章表示，即使沒有 Wi-Fi，改采 LoRa 傳輸一樣可實時監(jiān)控病患家中的空氣質量，作為公衛(wèi)研究或長期照護的參考。他介紹發(fā)想于 2015 年 9 月、已在今年 3 月納入「智慧城市聯(lián)盟」白皮書的「空氣盒子示范計劃」，便是基于預防工業(yè)污染、建立智慧健康城市以及安全受教環(huán)境目的而生；不只預測自己的健康狀態(tài)，還包括環(huán)境變化。為此，除了「空氣盒子」這個 IoT 環(huán)境感測終端裝置，華碩還特別建置「云端物聯(lián)網平臺」(OmniThings Sandbox)，可免費申請使用。
照片人物：華碩云端總經理吳漢章
它是基于華碩云端平臺發(fā)展而成的 IoT 套件，提供 JSON API 的 Time-series 海量數(shù)據存取功能，用戶可隨時透過 Web 接口擴充數(shù)據字段。這個平臺擬于今年 12 月正式上線，主要是供服務業(yè)者試驗創(chuàng)新想法，最吸引人之處是：所發(fā)展出的應用可搭華碩品牌的順風車，直接捆綁進行公有云＋私有云模式的「共同銷售」。至于水、電、瓦斯監(jiān)控，仁寶計算機則分享在南美洲荷屬小島——阿魯巴，所試驗過的一個經典案例：利用 Ingenu 和 u-blox 共推的 RPMA (隨機相位多址接入) 技術，在島上只用了四根天線，就能完整接收到上述數(shù)據。
仁寶計算機課長蔡富方表示，使用 2.4 GHz ISM 通用頻段 (IEEE 802.15.4K) 的 RPMA 比起 LoRa 和 SIGFOX 毫不遜色；而仁寶可提供標準化模塊，讓設備供貨商便于新增、修改應用內容。以電動車的充電樁為例，以往是借道 ZigBee 加上因特網連接到電力公司取電，但壅塞時容易造成傳輸系統(tǒng)過重的負荷；若改用 RPMA，只要位于 10～30 公里范圍內，就能收集到所有能源信息做調配，降低營運成本。在水資源方面，弓銓企業(yè)總經理楊崇明主張「水保全」概念——從抄表收費、降低漏損的被動基調，轉換成提高附加服務、協(xié)助節(jié)水的主動思考。
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