cookieOptions = {...}; .物聯網最後一里有解 NB-IoT 多元應用席捲市場 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網
2017年10月30日 星期一

Narrow Band IoT (NBIoT)











NB-IoT是專為低功耗、低成本物聯網裝置所開發的新式無線標準,能與蜂巢式網路基礎架構共同運作。其具備低功耗、長距離的特性,以及強大的訊號穿透力,能在特定環境中,提供其他無線技術沒有的優點。因此,NB-IoT成為物聯網裝置,連結至雲端的理想選擇。

物聯網(IoT)有「最後一里」的難題。雖然用來收集與分析資料的雲端基礎架構早已就緒,但是,到現在可用來連結大量裝置接上網路、且兼具傳輸距離、低功耗與低成本特性的無線基礎架構,卻還沒有到位。

窄頻IoT(NB-IoT)是專為低功耗、低成本物聯網裝置所開發的新式無線標準,能與蜂巢式網路基礎架構共同運作。無需專屬的閘道器,因此裝置製造商能專注於設計裝置的功能性,不用再擔心無線基礎架構的問題。

圖1 NB-IoT技術特性

做為一種窄頻無線電技術,NB-IoT具備低功耗、長距離的特性,以及強大的訊號穿透力,能在特定環境中提供其他無線技術沒有的優點(圖1)。集合這些優勢,以及行動通訊產業支援,使NB-IoT成為物聯網裝置連結至雲端的理想選擇。

經過多年的開發, NB-IoT標準已於2016年6月制訂完成,成為3GPP第十三版的一部分。它是窄頻技術,僅使用180kHz頻寬。因此,它的資料傳輸速率僅約27.2kbit/s下載,及62.5kbit/s上傳。雖然此傳輸量比Wi-Fi、藍芽或高階蜂巢式技術低了許多,但對眾多隻需傳送狀態資訊的物聯網應用來說,已經綽綽有餘。

具功耗、距離、穿透力優勢
由於NB-IoT的鏈結僅使用很小的頻寬,因此能以低功耗實現長距離通訊。此外,窄頻再加上運作於GHz以下頻帶,意味著NB-IoT擁有極佳的訊號穿透力。也由於它採用授權頻段,NB-IoT與藍芽、Wi-Fi、以及其它在日益壅塞的ISM免授權頻段上,運作的通訊協議相比,擁有更佳的訊號完整性,以及較低的干擾。

雖然NB-IoT是與蜂巢式網路供貨商一起設計,硬體也相容於既有的網路,但事實上,它是一個全新的通訊協議,與既有的LTE或3G協議並不相同。

做為一種「全新設計」的標準,NB-IoT堆疊簡潔,且易於建置,這代表NB-IoT無線電模組,會比大多數的蜂巢式無線電簡單許多,而且成本相對合理。

不同於其他競爭的物聯網無線協議,需要依賴閘道器,NB-IoT的蜂巢式特性意味著,只要當地的網路供貨商支援,設計人員僅需在裝置中,加入NB-IoT無線電模組,就能連線至網際網路,完全不需要閘道器或路由器。

對許多企業來說,這能簡化開發成本並加速上市時程,只要專注於自己的核心能力,無須耗費心力於建置可支援其物聯網佈署的無線基礎架構。

NB-IoT應用領域多元
雖然NB-IoT甫於2016年才完成標準制訂,但它已經被實際運用在市場上,以實現現代聯網城市的物聯網願景。從德國、西班牙到挪威,都已成功完成了多項現場測試,充分證明NB-IoT是城市物聯網應用的理想方案(圖2)。


圖2 NB-IoT應用範疇


物聯網的主要任務之一是促進資源的有效監控與分配,以實現一個更具智慧、效率的世界。但傳統的Wi-Fi、藍芽和蜂巢式技術的問題是,它們的傳輸距離、功耗與成本特性,都無法真正實現這個願景。

NB-IoT之所以能在都會環境中發揮其強項,最主要是因為它擁有能與傳統無線技術互補的特性。它能提供蜂巢式技術的傳輸距離、藍芽的成本效益、以及無可匹敵的室內穿透力,讓訊號不受都會障礙物的影響,傳送無礙。

智慧量表
在西班牙,當地的自來水公司Aguas de Valencia已利用NB-IoT來降低營運成本,並提升管理可視性。在Valencia以及西班牙的其他地區,Aguas de Valencia負責管理超過一百萬個水錶,每個水錶都需要定期讀取用水度數(圖3)。

目前許多的公共事業公司,都是派員工到現場抄寫資料,但此做法不僅耗費成本,也無法即時掌握使用者的使用情況。


圖3 智慧讀表為NB-IoT主要的應用之一

受到NB-IoT相關報導的啟發,瞭解此技術可將基礎架構交由蜂巢式網路供貨商來管理,因此Aguas de Valencia決定在最困難的區域,試用u-blox的NB-IoT技術,包括僅有微弱或沒有蜂巢式網路覆蓋的地下室,或下水道這類有金屬蓋的隱蔽處所、以及傳統無線技術難以到達的其他區域等。

其結果令人十分驚豔。每個測試的行動裝置,都是安裝在量表平常放置的位置,而且傳送讀數毫無問題。Agua de Valencia一天最多能取得24次即時資訊,完全無需派遣工作人員到現場。

由於NB-IoT是一項獲得蜂巢式網路供貨商支援的標準化技術,Agua de Valencia無須擔心管理水錶所需的無線基礎建設。而且,NB-IoT裝置的電池壽命可達10年以上的量表使用週期,因此係統的維護與營運成本也能降至最低。

智慧停車
每個人都知道,在市區裡四處繞圈子找停車位簡直是一場惡夢。這不僅是駕駛的問題,也是都會區的交通問題,都市的交通堵塞約三成,來自尋找車位的交通流量。


因此,智慧停車的目標是要解決找停車位的問題,透過無線通訊技術來通知駕駛哪裡有停車位。除了協助需要停車位的駕駛之外,智慧停車還能間接地減輕都會區的交通阻塞,讓駕駛駛離繁忙的道路。

智慧停車並不是新觀念,但由於各種的技術與經濟問題,過去一直無法真正取得成功。利用專屬的無線協議,今天大部分的智慧停車系統,要求營運商不僅要安裝停車感測器,還要建置無線基礎架構,以便連結每個感測器,並將它們連上網際網路。

這對營運商來說,不僅成本昂貴,而且技術複雜度也高。

NB-IoT能夠解決這些問題,因為每個感測器都能直接與雲端通訊。這不僅能降低系統成本,而且能大幅簡化佈署作業,僅需要在停車場安裝感測器就好。因為裝置是以電池供電,並以無線通訊,不須電纜,再加上它運用的是蜂巢式技術,也不需要無線路由器。

NB-IoT在智慧停車應用有絕佳的潛力,並已經在全球各地成功測試佈署。例如,在2017年1月,Q-Free針對新款智慧停車感測器展開了一項測試計劃,並與全球知名的行動通訊業者Telenor以及挪威公共道路局(NPRA)共同合作。另外,在中國、西班牙、德國和日本也進行了多項智慧停車測試計劃。

智慧農業



窄頻物聯網的室內穿透力,除了能在都會環境提供強大的覆蓋率之外,NB-IoT在智慧農業也能發揮極大的作用。其他的無線技術可能無法覆蓋大型區域,NB-IoT的長距離與蜂巢式設計,使其非常適合精密農業的應用,包括灌溉、病蟲防治以及溫度和溼度監控等。

針對農業應用,和智慧停車與智慧量表一樣,NB-IoT的價值不僅來自於它的無線覆蓋率與低功耗特性,也是因為它的易於部署。停車業者、公共事業業者與農夫都沒興趣成為無線基礎架構的專家,他們只希望聯網解決方案能夠正常運作。

解決物聯網最後一里瓶頸
雖然NB-IoT在2016年6月才完成標準制訂,但它的接受度正在快速攀升。目前,全球各地的行動網路營運商都在佈署NB-IoT網路,從西班牙到挪威、韓國與日本。NB-IoT以無線物聯網標準的姿態快速普及,對網路供貨商與裝置製造商都將帶來絕佳的效益。

NB-IoT的快速佈署,其中的一個原因是因為建置過程非常容易。許多網路供貨商僅須透過,在其基礎架構中的一個軟體升級,就能建置NB-IoT。因為每個基地台最多能容納約10萬台裝置,與其他高頻寬的技術相比,更無需擔心網路容量問題。

網路供貨商支援NB-IoT是有利可圖的,因為NB-IoT能為他們帶來物聯網的營收來源。雖然其他獨立於蜂巢式技術的低功耗廣域網技術也正在開發,但NB-IoT是與主要的電信營運商共同開發,讓他們能夠以合約使用者的方式提供網路覆蓋。

對裝置製造商來說,NB-IoT的快速普及以及標準化特性,讓他們能設計精巧、低成本的物聯網裝置,而且容易佈署與銷售。主要網路業者的支援,以及蜂巢式特性,讓NB-IoT不管就相容性或覆蓋率來看,都是無線物聯網技術的理想選擇。

雖然現在有多種無線協議正在相互競爭,企圖搶奪連結物聯網裝置與雲端的市場,但只有NB-IoT兼具無線效能、經濟利益與易於使用等特性,非常適用於主流的物聯網應用。

即使在都會環境中都能提供強大的無線效能,並具備長距離、低功耗以及容易佈署等優勢,NB-IoT必將成為物聯網「最後一里難題」的解決方案。




0 意見: