物联网LPWAN技术 Sigfox、LoRa、NB-IoT有何不一样
无线通信技术是物联网的传输基础,随着智慧城市大应用成为热门发展,各种技术推陈出新,纷纷抢占物联网市场。在LPWAN技术里,最热门的莫过于LoRa、Sigfox和NB-IoT。在物联网趋势中,这三种技术各自具有什么优势?面对各个领域该如何进行选择?
1、长距离+省电特性,LPWAN解决物联网传输难题
谈到无线网络,大家脑中想到的,除了WI-FI之外,大概就是手机的移动式通信网路了。如今的通讯技术即将迈入5G,讲求更大带宽、更高速率、更低延迟,当然也更耗电,由于是对应人与人之间的通讯,因此数据传输较密集、交换量也更为庞大。针对M2M的通讯,由于装置的部署范围通常更宽广,且无线装置必须避免频繁更换电池,LPWAN(Low Power Wide Area Network,低功耗广域网)技术顺势而生,其小数据量、长距离传输及省电的特性,在物联网应用领域中大放异彩。
较早期的无线传输技术,如WI-FI、ZigBee和Z-Wave,通讯传输距离顶多只有100公尺,用在智能家居领域,必须再加装讯号加强的天线或中继站。若是要满足智能城市的相关应用,例如环境监测或资产追踪,传输距离可达20公里的LPWAN技术显然能大幅缩减布建成本,只要几个机站就能覆盖大面积的范围;以电池作为电力来源,则省略了布线问题,让传感器的安装步骤更简易。目前最受关注的LPWAN技术分别是LoRa、Sigfox和NB-IoT,这三种技术具有各自的优势,业主可根据不同领域及使用需求,选择最适合的通讯技术。
2、低耗能、高范围传输:LoRa与Sigfox大比拚
正如LPWAN的技术特色,LoRa与Sigfox都具有长距离、低功耗的特点,可延长电池寿命,形成大范围的讯息传输。两者皆使用免授权的Sub-1GHz ISM频段,不需额外付出授权费用,且由于电子芯片制造技术的突破,两项技术的硬件制造成本不断降低,比如去年在台湾地区产业已经启用的Sigfox,月租费最低只要0.4元人民币。
LoRaWAN是由各产业联盟共同推动的网络标准,提供开放式技术,只要取得关键内容,就能开发个别的应用。不同于LoRa的开放性,Sigfox则是由法国同名公司自行开发的技术,掌握核心网络的营运和布建,意图以独立营运商的角色,在全球进行网络基地部署,目前已能同时在36个国家和地区使用可连结的网域和设备。以类型来说,LoRa好比小型的私人网域,传输距离最远可达20公里,只要掌握技术,就能自行架设基站,自由度更高。
Sigfox则是以全球为营运目标,不断扩展网络基地的蓝图,可提供用户既有的网络布署及云端服务,需要付出额外的月租费,相对LoRa而言,成本较高,但平台方案完整,不须额外布建网络。Sigfox的传输距离可达50公里,是三种技术当中范围最广的,不过为达到低功耗的目标,LoRa和Sigfox的每日传输次数都有限制,一天当中的传输时间很短,适合发挥在没有实时通讯需求的领域,比如每日固定回报数据的传感器,可测量温湿度、PM2.5等特定环境数据,藉由长距离、少次数的传输型态,形成较大面积的物联网应用。
3、电信业者强强推:NB-IoT
另一项在物联网产业链上讨论热烈的技术是NB-IoT,与前述两项技术最大的不同,在于它是由3GPP组织所制定的技术,使用需授权的GSM和LTE频段,也就是说,NB-IoT必须藉由电信产业买下频段授权,使用者只能透过电信业者或第三方代理商取得授权技术和频段,才能使用NB-IoT相关服务。NB-IoT的优势在于它是由现有电信业者推出的技术,不需重新布建网络,只要更新软件,就能使用现有的4G电信基地台和相关设备。另一方面,采用电信级的网络,在通讯质量和讯息安全性拥有高度的保障。台湾地区远传电信目前已推出NB-IoT的抢先体验活动,并预计于5月底完成全台基地升级,只要远传电信能收到讯号的地方,就能使用NB-IoT,装置月租费约为2至12元人民币。
上述三种热门的LPWAN技术各自有着不同特点,业界多预测未来其中一项技术将会力压群雄,成为一枝独秀。然而,正如LoRa创始人之一Olivier Hersent曾说过的,互相合作的共存关系更可能带领未来技术走向新的发展。事实上,物联网应用领域百百款,这三种技术的特点也对应了不同领域的特殊需求。比如NB-IoT,用户许可证频段和LTE技术,其网络不限制传输讯息次数,所能携带的数据量也更高,因此适用于重视网络传输稳定性和实时性的智慧工业领域,或者是需要声音、图像文件等高数据传输的物联网装置。相对地,NB-IoT的功耗也高于另两项技术,电池寿命的损耗较大。同时与电信业者的协作模式,在向用户推广时会更为快速、简便,从另一角度来看,也受限于硬件成本(芯片)和月租成本。
与NB-IoT相比,LoRa和Sigfox由于硬件成本低、功耗更小,因此更适合在小数据量、大范围的传输应用。LoRa技术目前的发展规模已趋向成熟,且曾与亚太电信及鸿海富鸿网合作,在台湾地区已有实际营运成果。虽然传输距离不比Sigfox,但传输带宽较高,建设成本和技术难度不高,适合在高科技厂区中建设封闭型网域,传输各类型的感测数据。
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