物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器對機(jī)器(M2M)熱度狂飆，背后所應(yīng)用的通訊聯(lián)網(wǎng)技術(shù)種類繁多，其中包含授權(quán)與非授權(quán)頻段聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；本文逐一探討物聯(lián)網(wǎng)M2M市場、聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)品設(shè)計，期能協(xié)助開發(fā)商做出更好、更有價值的商業(yè)決策。

5G和低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，有助于物聯(lián)網(wǎng)M2M通訊連接，并加速物聯(lián)網(wǎng)平臺及服務(wù)的推陳出新，其中LPWAN技術(shù)具備的低功耗、大范圍連接的特色，促使各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域急速起飛，帶動包含智能城市、智慧建筑與智慧工廠等應(yīng)用發(fā)展。授權(quán)v.s非授權(quán)頻段授權(quán)頻段聯(lián)網(wǎng)技術(shù)指的就是蜂巢式網(wǎng)絡(luò)，其標(biāo)準(zhǔn)由3GPP制定，相關(guān)技術(shù)包含3G、4G、5G，以及針對LPWAN所制定的NB-IoT和eMTC聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；另一方面，非授權(quán)頻段也就是采取不須額外收費的頻段進(jìn)行傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，例如LoRa、SigFox等聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(表1)。以市場分布來看，中國大陸地區(qū)非常積極推動NB-IoT的發(fā)展，同時也有部分地區(qū)采用LoRa標(biāo)準(zhǔn)；相對而言，SigFox則較多應(yīng)用于歐洲、澳洲與南美地區(qū)。

表1 授權(quán)與非授權(quán)頻段技術(shù)比較

芯訊通(SIMCom)技術(shù)總監(jiān)孔凡兵(圖1)分析，通常傳統(tǒng)電信商或手機(jī)商大多數(shù)采用NB-IoT或eMTC技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。究其原因，從網(wǎng)絡(luò)層面來看，因應(yīng)手機(jī)通訊的需求，蜂巢式網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施已全面布建，而NB-IoT與eMTC即可基于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行變更，進(jìn)而降低成本。此外，從產(chǎn)品角度出發(fā)，作為一個跨全球通訊的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，若無完善的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)支撐，將難以通用于全球市場。反之，LoRa與SigFox采用非授權(quán)頻段，雖然無須支付頻譜費用，但在聯(lián)網(wǎng)通訊質(zhì)量的保障也較缺乏。

圖1 芯訊通技術(shù)總監(jiān)孔凡兵表示，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋率與基礎(chǔ)建設(shè)成本的考慮下，傳統(tǒng)電信商大多選用NB-IoT技術(shù)。

事實上，NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)真正確立的時間在2017年7月，實際上標(biāo)準(zhǔn)制定完成與運行的時間不長，開發(fā)商與NB-IoT發(fā)展可說是同步成長。然而，一項技術(shù)在產(chǎn)品化過程中，肯定會在實際運作的過程中遇到一些挑戰(zhàn)與問題。舉例來說，NB-IoT一直以來受到質(zhì)疑之處，在于NB-IoT無法提供漫游功能。不過隨著R14標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)芯片的支持，漫游問題將獲得改善，預(yù)期也將帶動更多商用化表現(xiàn)。整體而言，物聯(lián)網(wǎng)M2M的設(shè)計上，開發(fā)商通常會從網(wǎng)絡(luò)分布、產(chǎn)品續(xù)航力與后續(xù)維護(hù)等問題思考選用的聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)來看，NB-IoT不僅滿足低速率傳輸，同時還滿足電信商與開發(fā)商在意的設(shè)備成本問題；再者，因應(yīng)下一代聯(lián)網(wǎng)需求，***地區(qū)信息通訊產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(TAICS)國際事務(wù)處處長顏嘉邦(圖2)表示，3GPP將持續(xù)針對NB-IoT與5G研擬標(biāo)準(zhǔn)，迎合更多元的應(yīng)用服務(wù)場景。值得一提的是，未來在R16的NR制定中，將不會出現(xiàn)LPWA相關(guān)的解決方案，LPWA技術(shù)將持續(xù)聚焦于升級eMTC(LTE-M)與NB-IoT，這也意味著NB-IoT技術(shù)相對穩(wěn)定，開發(fā)商可更加聚焦于產(chǎn)品化與商用化發(fā)展。

圖2 ***地區(qū)信息通訊產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會國際事務(wù)處處長顏嘉邦指出，未來3GPP在R16版本，將不會出現(xiàn)新的LPWA技術(shù)。

根據(jù)Navigant Research研究報告指出，2017年全球智能路燈市場價值將達(dá)到6.1億美元，并有望于2026年增長到69億美元。市場份額預(yù)計將從2017年的2%增長到2026年的20%左右。孔凡兵以中國大陸M2M市場作為分析案例。他表示，智能路燈是NB-IoT第一個大量落地的項目，主要原因是過去的蜂巢式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)沒辦法滿足M2M裝置數(shù)量的需求，若采用4G模塊，單價比起2G模塊將高出很多，因此在衡量營運成本與網(wǎng)絡(luò)容量兩項指針后，開發(fā)商進(jìn)而選用NB-IoT作為主要通訊基礎(chǔ)。揮軍物聯(lián)網(wǎng)M2M市場掌握六大關(guān)鍵要素在整體物聯(lián)網(wǎng)市場來看，根據(jù)思科(Cisco)預(yù)測，2021年將有33億臺M2M裝置部署于全球，相比于2018年裝置數(shù)量增加15億。u-blox商業(yè)開發(fā)主任廖容嫻(圖3)認(rèn)為，要掌握物聯(lián)網(wǎng)M2M的商機(jī)，就須從六個面向思考，包含關(guān)鍵組件的選用、高整合度的產(chǎn)品、低風(fēng)險與高可靠性、高性價比、通路與供貨商的合作關(guān)系，以及提供好的售后服務(wù)質(zhì)量。

圖3 u-blox商業(yè)開發(fā)主任廖容嫻認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)市場須要集結(jié)整個物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系的力量，才能贏得物聯(lián)網(wǎng)這片藍(lán)海市場。

廖容嫻談到，一個物聯(lián)網(wǎng)裝置內(nèi)，里面就可能包含了通訊、傳感器、GPS、微處理器(MCU)等組件，當(dāng)開發(fā)商在選擇的十字路口上，如何選擇符合需求的關(guān)鍵組件，是產(chǎn)品制作前一項非常重要的影響因素。此外，物聯(lián)網(wǎng)市場商機(jī)當(dāng)前，開發(fā)商如何擺脫競爭者，率先插旗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場贏得第一桶金，產(chǎn)品快速導(dǎo)入市場是決定性因素，然而物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品要通過認(rèn)證，通常須要長達(dá)半年以上的時間，因此如何在半年內(nèi)降低產(chǎn)品風(fēng)險度，并提升可靠度，慎選合作伙伴將是重要指針，無論是系統(tǒng)廠商或制造商的配合，將成為關(guān)鍵。最后，在成本考慮上來看，聯(lián)網(wǎng)裝置除了產(chǎn)品本身的硬件費用之外，還包含了電信費與事后的產(chǎn)品維修費用，故需在人工、時間與硬件成本上取得平衡，才能達(dá)到最高的性價比。廖容嫻強(qiáng)調(diào)，物聯(lián)網(wǎng)商機(jī)是一個完整的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系攜手合作出來的成果，無論在組件、產(chǎn)品生產(chǎn)到通路與平臺等層面，皆是環(huán)環(huán)相扣缺一不可。NB-IoT省電測試小撇步另一方面，為了協(xié)助開發(fā)商快速打造M2M模塊，本文將以目前市場普及率較高的LPWAN通訊技術(shù)NB-IoT做為量測分析的例子。是德科技(Keysight)資深應(yīng)用工程師梁晉源(圖4)提到，傳統(tǒng)的行動通訊技術(shù)，主要是為了人類通訊設(shè)計而成；但隨物聯(lián)網(wǎng)興起起，通訊不僅為了提供人聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，同時也須滿足物與物之間的溝通，因此聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)計的思維必需有所調(diào)整。

圖4 是德科技資深應(yīng)用工程師 梁晉源表示，NB-IoT主要是透過PSM與eDRX機(jī)制達(dá)到極為省電的效果。

以蜂巢式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來說，從LTE聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型到NB-IoT首重的關(guān)鍵要素，在于聯(lián)網(wǎng)技術(shù)需要容納更多裝置，并提供更大的覆蓋范圍，而裝置本身則需要較長的電池生命周期，單一裝置至少要提供超過10年的電池續(xù)航力，同時還需具備上下兼容的聯(lián)網(wǎng)機(jī)制。以省電的角度來看，梁晉源表示，NB-IoT主要是透過節(jié)電模式(PSM)與eDRX達(dá)到省電。通常要做到省電的極致就是接進(jìn)入飛航模式關(guān)閉RF，但是基本上使用者不太會開啟飛航模式，因此在NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，就增添了一個PSM機(jī)制。梁晉源談到，PSM是過去LTE標(biāo)準(zhǔn)沒有支持的一項新技術(shù)，該模式的運作模式是當(dāng)裝置聯(lián)機(jī)時，一開始會先進(jìn)入Connected Mode，當(dāng)裝置使用一段時間后，RF開始時間不需要太長時，就會進(jìn)入到Idle Mode，最后再進(jìn)入到PSM Mode直接關(guān)閉RF達(dá)到最省電的效果。此外，在模式轉(zhuǎn)換的過程中，會有兩個定時器(T3324、T3412)計算時間切換模式。實際測量裝置耗電量，就會出現(xiàn)在Connected Mode時，硬件耗電最高，而后轉(zhuǎn)換成Idle Mode就會有一個周期起伏模式，偵測是否有工作需求，待真正進(jìn)入PSM Mode時，就是最省電的時候。