既然＂低量傳輸＂是物聯網 (IoT) 一個重要支脈，那么，當全球頻譜資源日見緊俏之際，是否能在現有頻段另覓出路？仿效 SIGFOX 走獨規路線，另一項同樣打著低功耗廣域網 (LPWAN) 旗幟的 RPMA (隨機相位多址接入) 通信技術，更將心思動到了 2.4 GHz 的 ISM 通用頻段上。仁寶電腦技術管理室設計經理胡健威表示，隨著世界各國 2G 服務相繼終止，運營商及系統整合業者急需一個解決機器對機器 (M2M) 通信的替代方案，以彌補現有 WiFi、ZigBee 等傳輸距離與支持節點數不足的問題；且希望它比 GSM 更省電，電池運作可長達十年以上。
照片人物：仁寶電腦技術管理室設計經理胡健威
用戶更關注的是，售價必須合理到能大規模部署，以覆蓋上百億個終端傳感器。胡健威將這些需求形容為＂限制物聯網發展的四朵烏云”，分別是：覆蓋率 (coverage)、設備容量 (capacity)、成本 (cost) 及電池使用壽命 (battery life)。他指出，智能型手機的普及，導致人們對數據的需求量急速飆升；另一方面，當手機的屏幕尺寸愈來愈大，使手機欣賞電影、動畫成為常態，網絡運營商亦順勢推出吃到飽的行動上網資費方案，讓帶寬的使用更為吃緊、帶來更大壓力。因此，工程人員皆將注意力集中于：如何在自家網絡建立足夠容量，來滿足用戶所需。
3GPP 窄頻通信起步慢，NB- IoT 商轉時程久
＂相較之下，M2M 和 IoT 所占帶寬根本微不足道，故業界遲遲未提供新標準，而是將焦點放在如何更有效利用現有付費頻段；最簡便的方式就是關閉 2G 網絡并將其釋放出來＂，胡健威闡述。他介紹，RPMA 是專用于物聯網上的 M2M 通信，在 2.4 GHz 免費頻段操作，采用具有多址的直接序列展頻 (DSSS) 技術，具有嚴格的發射功率控制和高接收靈敏度 (-142dBm)，信號邊界值達 172 dB。此外，它可自我調變以便在網絡層和設備層上找到清晰的信號，并針對最大覆蓋率和電池效率進行優化。
圖1：覆蓋率、設備容量、成本及電池使用壽命，是限制物聯網發展的四朵烏云
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胡健威深入解說，與設計用于高吞吐量但需要大量功率的蜂巢式技術相比，為節省電池壽命，RPMA 有一個特殊的連接協議：由基地臺主動 ping 終端設備 (Endpoint)，檢查設備狀態并接收數據，然后主動關閉連接。RPMA 原廠 Ingenu 公司目前正在美國建設一個被命名為＂機器網絡＂(Machine Network) 的公共 LPWAN，預估今年底可覆蓋全美百大城市，其中 30 個公共網絡已在 2016 年完成。放眼過去這段時間，蜂巢通信技術并無支持 M2M / IoT 的合適方案問市；行動通信業者才驚覺在 M2M / IoT 領域，已無法與新興 LPWAN 技術競爭。
直到此時第三代伙伴協議 (3GPP) 也才意識到，須加快腳步推出符合物聯網應用需求的 NB- IoT 標準。然而，開發一個新的技術標準并待其完善，需要漫長的時間與成本。胡健威提到，2010 年曾有專家估算，以 Bluetooth、Wi-Fi 和 ZigBee 此類個人局域網絡 (PAN) 為例，約需要十年時間及 300 億新臺幣左右的資金投入，才能讓新標準成熟并為市場接受。時至 4G、5G 網絡更復雜，在其上發展出來的 NB- IoT 技術成本更高，需要驗證等待技術成熟的時間更長；而姍姍來遲的 NB- IoT，樂觀估計也要到 2020 年才能進入商業運轉，顯得有些緩不濟急。
圖2：RPMA 會在接收數據后主動關閉聯機，以達省電目的
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RPMA 單一通道帶寬僅 1 MHz，便于見縫插針
胡健威認為，＂在這段空窗期，業者無法坐以待斃；因為看見物聯網通信服務的需求，于是給了 LPWAN 群雄并起的契機＂。反觀 RPMA 打從設計之初就為了 M2M / IoT 所特別量身訂制，且經過實地驗證，成功克服以往 M2M / IoT 各種通信技術所面臨的挑戰。藉由提高終端設備的靈敏度及通信技術的改進，大幅度提升單位基地臺的覆蓋范圍，技術上每個基地臺可覆蓋 130～777 平方公里；所使用的 2.4GHz 頻段為全球通用，沒有 Sub-GHz Band 跨境、跨運營商漫游不兼容的問題，且符合 NNISTIR-7628、FIPS 140-2 Level 2、NERC CIP 002-009 及 NIST SP 800-53 資通安全規范。
更吸睛之處在于：雖然使用的是 2.4GHz 免費頻段，有許多設備在此區間活動，但 RPMA 卻能在信號嘈雜的環境中＂獨善其身＂。胡健威以圖 3 對照圖說明，WiFi 每一頻道占頻譜約 20M Hz 帶寬，在頻道的交界處會有空白信號區；在與 WiFi 共存的環境中，RPMA 因每頻道僅使用 1 MHz 的帶寬，可在 WiFi 頻道間的空隙＂見縫插針＂。他強調，＂即便在復雜的應用場合，大部分帶寬均已占滿，仍有最外側及最內側共 5 MHz、共 5 個頻道可供 RPMA 使用。即使在看似充滿 2.4 GHz 信號干擾源的地方運作，實際上 RPMA 使用的是近乎干凈的頻道＂。
圖3：即使在看似充滿 2.4 GHz 信號干擾源的地方運作，亦無損 RPMA 的通信能力
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另為強化信號質量、功耗及抗干擾能力，RPMA 亦在實體層、媒體層及網絡層上，分別進行優化設計。
●實體層 (PHY)：為處理相同信道或相鄰信道溢出的恒定干擾，RPMA 使用 DSSS；對于瞬間脈沖信號干擾及其他高強度短時噪聲串，RPMA 將傳輸封包設計得很長，加上前向糾錯 (FEC) 編碼，可大幅提高信號在惡劣環境中的可靠度。
●媒體層 (MAC)：RPMA 的基地臺會根據 Endpoint 所在地點的環境條件，主動更新并優化 Endpoint 的傳輸功率，使 Endpoint 以所需的最小功率進行傳輸。基地臺和端點相互提供智能型的溝通機制，若有任何封包丟失，只有那一小段的封包會重送，不必浪費能量重送整個完整封包。
●網絡層 (Network)：RPMA 會判斷相對清楚的弱信號頻道，是否比壅塞的通道更好？并選擇最佳的傳輸通道。RPMA 采用＂星型拓撲＂，反而有助于實現先進的壅塞管理功能，可應對眾多 Endpoint 同時發送信息的＂網絡風暴＂。
＂RPMA 每日數據傳輸量可高達 4.5M，終端設備電池使用壽命可長達 15 年以上；基地臺建設成本低廉、終端設備通信模塊量產后最終成本也很低，能讓大量包括傳感器、受控體在內的物聯網終端設備，與主控端進行雙向通信＂，胡健威總結 RPMA 的關鍵優勢。
圖4：RPMA 每天最多可傳送 460 萬則信息，開放式整合模型可支持多種應用
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