智慧製造2019.04.04

Massive IoT 大規模地端聯網主力軍 - LPWAN

飛飛

物聯網 自造者 軟體

物聯網之中的 Massive IoT 巨量萬物聯網特性,是此概念極具商業應用價值的重心。依據 OT- CT- IT 架構,巨量萬物聯網主要在於 OT 地端形形色色的設備,例如:智慧工廠內各種不同機械、工具機之間的協作;智慧城市內一盞盞智慧路燈、智慧監控攝影機、智慧電錶等聯控;醫療院所單位內數百乃至數千計的醫療設備穿戴式量測設備等資訊源流聯通。

 

目前商用無線通訊主要載體為無線電波。其頻率達 300 GHz 到 3 kHz 範圍,而頻率高低也關乎著其波長可及範圍、資料流載量等有所不同,因此我們目前依其頻段特性,開發出各種適用不同應用情況與環境的通訊網路。時下新興熱門的 5G 第五代通訊即採用 24.25 - 43.5GHz 之間的極高頻、6 GHz 以下較低頻兩種,試圖提供萬物聯網之中其實包含用途、環境各具特性的諸多通訊選項。其中 6 GHz 以下所代表的正是提供 OT 地端 Massive IoT 聯網通訊主力軍 - LPWAN。

低功耗廣域網 LPWAN 的特性著重於:

 

低功耗

OT 層最主要的資訊流來源為感測器,因此其單次資料量一般說來不高、物與物之間的通訊距離相對來說並不會太遠,但持續性感測取得具規律連續性時間間隔的資料,將是建構未來大數據所倚賴資料庫的至要關鍵,因此至少長達數年的電力支援將成為普及與否的重點。

 

資料流封閉循環

一般 OT 層將於感測收集後,直接通訊傳送 IoT閘道器,進行邊緣運算或霧運算,而後即(或可轉接適用高流量的極高頻 5G) 批次送上。 其主要用途並不在於如手機等設備的終端人機介面使用,也因此資料流量相對封閉循環。

 

延遲性

由於 OT 層感測傳送屬長期性資料累積,延遲性並非考量重點,因此 LPWAN 以秒為單位的延遲性水準(迥異於以 milliseconds 為單位的極高頻段)特別適合地端資料蒐集的通訊。

 

近距物聯、廣域網聯

相對於 LAN (如 Wi-Fi、Bluetooth) 只能短距離聯網;或是極高頻 5G 的適用單一遠距離通訊,LPWAN 兼具物與物之間短距離通訊、端點相連成廣域網聯的特性;因而也很適合像田野感測據點、智慧城市等廣域空間內滿佈端點的應用。可說是恰好填補 LAN、WAN之間特性差異的應用選項。

 

目前 LPWAN 類別中,具品質較高、成本門檻也較高的授權頻段中,經 3GPP 點名的 NB-IoT、LTECatM1 已遂漸隨 5G 商用通訊開跑而極具成氣候的明日之星,目前也為全球各大電信實務佈局中;NB-IoT 技術可用於定點式工業用途,也可透過結合 NB-IoT與 CatM1 的雙模技術,實現戶外定位功能。至於非授權頻段則成了創新者天堂,適用各種特殊狀況、低成本高獲益導向創意技術架構的種種創意新品,為 5G 物聯網市場新增更多魅力商品選項。除了 LPWAN 之外,像是將 BLE 藍牙低功耗技術應用於大半 LPWAN 技術均無法應用的半導體場域,也為 Massive IoT 大規模地端聯網增添創意生力軍。

延伸討論

智慧製造

關於感測器的兩三事

飛飛
感測收集的資料囊括類比、數位兩種訊號輸出。一般自然界的連續波都屬於類比訊號,包括:風速、太陽幅射、光強度、聲波、電波等;由於數位時代電子儀錶的蓬勃發展,許多感測器均已能轉化類比訊號為數位訊號,方便數位資料處理。隨著科學研發成果進展愈發豐碩,人類對環境中的基本物質愈發瞭解,透過物理特性(如:聲波回傳測距、幅射能反應為熱感指標等)、化學變化(如:特殊物質遇特定氣體產生濃氣味或色變的氣體偵測等)等感測指標也已愈發多元又精密,還能以不同感測數據交叉比對,滿足高精準度要求的感測結果。
智慧製造

感測器怎麼裝?

飛飛
時間不回頭,感測回報的數據也沒有重來的機會。精準度當然是毫無疑問的考量。然而,感測器的裝設還牽涉成本,這其中除了裝置的初始成本,還必須考量維護成本、耗能成本等。因此,感測器的裝設看似簡單概念,實行起來倒像是裝置藝術了。這話怎麼說呢?
智慧製造

晶片所面對的 5G 物聯網新需求

飛飛
晶片的設計與製造,始終都是效能、耗能與體積三角點之間的完美平衡。過往,資料處理具備像是電腦、行動裝置等獨立專用裝置,無非強調運算速率提升、記憶體存取速度加快等規格優越性,如今資料處理體系走出專用裝置,結合種種用途各異的電子物件,還有供新型雲端體系所承載巨量資料流處理的共享伺服器新興市場,再加上迎接 5G 所帶來全新通訊技術與規格的通訊功能,晶片產品進入了另一階段的新技術考量及挑戰。