通信

低功耗广域物联网通讯市场分头起飞

字号+ 作者:廖专崇 来源:2cm 2018-08-09 08:46

NB-IoT已经获得全面性的支持,未来相关应用的市场荣景可期。LoRa与SigFox虽然受到NB-IoT强大的挤压,但因为物联网应用还属于成长中的市场,这两个技术已逐渐找到与NB-IoT区隔的发展道路


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物联网通讯的发展中,NB-IoT已经获得全面性的支持,未来相关应用的市场荣景可期。LoRa与SigFox虽然受到NB-IoT强大的挤压,但因为物联网应用还属于成长中的市场,这两个技术已逐渐找到与NB-IoT区隔的发展道路,未来的发展重点是创造良好的消费者使用体验,朝着正确的航道加速、起飞。
 
物联网通讯是这两年产业最热门的话题之一,尤其在5G三大愿景中正式定义为mMTC(Massive Machine Type Communication),未来物联网的联网规模将大幅超越过去的人联网,每平方公里网络节点甚至高达100万个。低功耗广域网(Low Power Wide Area Network, LPWAN)技术简单、应用广泛,将是MTC早期的切入点,包括NB-IoT、LoRa、SigFox等都是相关的明星级技术,而未来3GPP的MTC标准陆续订定之后,可以支持更多不同类型的物联网应用。
 
事实上,在过去物联网概念尚未成熟时,已有许多利用2G/3G技术的机器通讯(Machine to Machine, M2M)应用,如车队管理、物流、工业等B2B应用,未来几年市场需求将持续成长。在现有2G/3G/4G模块的基础之下,2018年NB-IoT、LoRa、SigFox大力拓展新兴应用市场,加上LTE Cat. M1,与未来可满足更多高传输速率、高移动性、定位、低耗电、语音等功能的MTC标准,共同建构物联网通讯的产业面貌。
 
LPWAN产业成长强劲

 
2018年是物联网通讯正式商用化的元年,尤其是NB-IoT,根据资策会MIC的研究显示,今年LPWAN模块市场将挑战第一个1亿规模,该会产业分析师曾巧灵指出,上半年NB-IoT多功能整合模块市价都在10~15美元左右,对于诉求大规模简易的应用来说,成本压力沉重,不过下半年NB-IoT模块出货已经逐渐放量,加上投入的芯片、模块厂商越来越多,模块价格有下降到8~10美元的趋势。
 
世界各地电信营运商的NB-IoT服务在2017年下半年陆续开台,市场推动力量加大,2019年以后NB-IoT模块将出现高度成长,预计2021年LPWAN联网装置数量规模将高达8亿(图1),其中约7亿是NB-IoT与eMTC这类授权频段技术产品,尤其以中国与欧洲市场的发展最为强劲。
 


 
图1 2017~2021年LPWAN联网装置数量
 


数据源:资策会MIC(5/2018)
 
另一研究单位IHS Markit的看法也相当乐观,预测到2021年IoT联网数量将超过10亿。从2014年到2021年的年复合成长率(CAGR)高达206%,中国的物联网市场在政府的大力支持下,中国三大营运商的物联网连接从2014年的5,350万成长到2016年的1.62亿,中国政府在策略上希望主导NB-IoT的产业发展,也让中国成了全球NB-IoT发展的火车头与观察指标。
 
而在非授权频段的LPWAN市场中,LoRaWAN在2017年出现高于预期的成长,据了解,Semtech的LoRa芯片出货量超过1,000万颗,IHS Markit预计LoRaWAN的联网节点数量到2021年将增加到近3亿。针对另一个明星级的LPWAN技术SigFox,IHS Markit的看法则较为保守,整体而言,NB-IoT已经成为现阶段物联网通讯的霸主,LoRa与SigFox的早发领先优势已经逐渐消失,不过在物联网的高度成长趋势下,LoRa与SigFox也积极寻求合适的领域与应用。
 
NB-IoT从加速到起飞
 
NB-IoT产业2017年开始起步,2018年进入加速阶段,2019年将要正式起飞。从技术标准发展来看,2016年3GPP R13版本发表NB-IoT技术,2017年大厂高通(Qualcomm)与海思(HiSilicon)相继推出支持初版标准的芯片,年底联发科进一步推出R14版本芯片,并于2018年正式出货,大有后发先至的意味,更有许多芯片厂商陆续宣布投入NB-IoT,市场蓬勃发展,同时也刺激了通讯模块厂商的脚步。
 


图2 资策会智慧所副主任王德仁指出,mMTC预计2019年底完成并发布标准,物联网通讯将进入新阶段。
 
未来,NB-IoT会朝向5G的mMTC系列标准发展,资策会智能所副主任王德仁(图2)指出,目前mMTC还在研究阶段(Study Item),预计2019年3月进入会话(Work Item),于当年底完成并发布标准,物联网通讯将进入新阶段。从技术发展的角度来观察,在mMTC时代之前,NB-IoT依然会持续改善技术,包括涵盖范围延伸(Coverage Enhancement Level, CE Level)技术,共分为三种等级,分别为达到可对抗最大耦合损失(Maximum Coupling Loss, MCL)为144dB、154dB、164dB的讯号能量衰减。
 
另外,省电模式(Power Saving Mode, PSM)是在闲置(Idle)状态下,新增一个新的状态PSM,王德仁表示,在该状态下,终端射频关闭,相当于关机状态,下行不可达,下行数据通知(DDN)到达行动管理单元(MME)后,MME通知服务网关(SGW)暂存用户下行数据并延迟触发寻呼;上行有数据/讯令需要发送时,触发终端进入连接状态。扩展非连续接收模式(Extended Discontinuous Reception, eDRX)是增强型的非连续接收模式,支持的寻呼周期可以更长,结合PSM与eDRX可以进一步强化NB-IoT的省电功能,达成终端节点搭载两颗三号电池实现十年运作周期的目标。
 
从应用的角度来观察,由政府推动的公共事业与智慧城市建设,都是NB-IoT的主要应用,包括最常被提到的智能三表(水表、电表、燃气表)、智慧路灯、停车管理、环境监测等都是。曾巧灵说明,LPWAN多使用具备高绕射能力之sub-GHz频段,且强化室内覆盖,可克服装置位于地下室、偏远地区时之断讯问题。
 
事实上,NB-IoT今年已证明将在公共事业、服务与智慧城市建设等领域,取得主导性的发展地位。NB-IoT由电信营运商建置网络并提供服务,网络建置与原先的无线通信基地台一致,在人口稠密的都会区,4G LTE讯号完善,只需透过最简易的软件升级,不需重新布建网络;采用授权频段,公共服务质量有保障,只要谈好服务费率,商业模式建立也相对简易。
 
电信商中国移动与江西省龙虎山旅游发展公司合作,于风景区171个停车位提供实时查询停车位、车位预定、停车引导等服务。沙特阿拉伯电信业者Zain与诺基亚(Nokia)合作,进行包含智能垃圾管理等多项NB-IoT智能城市应用测试,2018下半年到2019年,将有更多类型、更大规模的NB-IoT应用导入。
 
SigFox发展资产追踪
 
SigFox则是自行建构一个产业生态体系(Ecosystem),由SigFox负责全球共同的网络营运与云端平台管理,再透过各地特许的网络营运商SNO(SigFox Network Operator)提供服务,原则上单一地区由单一业者负责,其经营理念为“One Globe, One Network. One Globe, One Contract.”,截至目前为止讯号涵盖已达46个国家和地区,预计在2018年底达到60个国家和地区的网络部署。
 
 

图3 优纳比台湾生态圈总监邹宏平认为,SigFox尤其适合跨国性的物联网应用,如资产追踪。
 
因此,SigFox尤其适合跨国性的物联网应用,如资产追踪。SigFox在台湾的营运商优纳比(UnaBiz)在Computex 2018也邀请多家发展SigFox解决方案的厂商展出相关服务。优纳比台湾生态圈总监邹宏平(图3)介绍,Sensolus是来自比利时根特的工业物联网公司,提供端到端物联网解决方案,为其客户的供应链和资产监控提供服务,透过整个供应链流程的监控及资产追踪及管理来分析并改进公司营运成本及绩效。目前合作对象及应用包括飞机制造大厂空中巴士Airbus集团的全欧洲零组件物流追踪系统,以及提供全球120家机场公司的地勤车辆及设备厂整套地勤车辆管理及车载资通讯解决方案的TCR集团。
 
对于NB-IoT来说,跨国性的物联网应用因为涉及漫游,需要电信公司协调与拆帐,不仅成本较高,也不在短期技术发展规划当中。SigFox在服务费上有相对优势,邹宏平指出,优纳比在台湾已经顺利以二类电信的方式开台服务,每个月60次上传讯息最低只要人民币0.45元月租费,许多低价的物联网应用也是SigFox可以发展的领域。
 
LoRa封闭式网络需求高
 

另一个热门的LPWAN技术LoRa,2016~2017年备受期待,有可能成为物联网时代的Wi-Fi,因为其采用非授权频段,技术简易、应用方便,开放的生态圈也提供与电信领域较远的资通讯厂商插旗物联网通讯的机会,很快的就吸引数百家厂商加入产业联盟,台湾地区也有许多厂商大力投入。省掉授权频段权利金,背后又有思科(Cisco)、IBM、阿里巴巴这些大厂力挺,甚至许多电信商也押宝,技术、产品都在2017年以前就Ready,产业推动时程较NB-IoT更有优势。
 
不过,从2017~2018年,LoRa发展受到NB-IoT强大的竞争压力,业界传出不少撤换网络解决方案的传闻,主要原因分为内部与外部两个面向,外部原因就是NB-IoT的大规模推动,原先推动较顺利的LoRaWAN与其应用领域重迭性高,尤其像前述公共事业的物联网应用,没有大型的服务商如电信业者来扮演与政府合作的角色。内部原因则是LoRa技术1.0版未达最大的省电效果,讯息传送采用类似广播的方式,会出现终端与服务器不同步的问题,导致重要讯息遗漏,掉封包的状况经常出现;另外,LoRa虽然芯片几乎都掌握在Semtech手上,但因为验证与互通测试服务还不成熟,也会造成不同厂商终端设备互通互连的瓶颈。
 
LoRa主导厂商当然也知道现在的困境,尽管整体市场还在成长中,不过在产业中受瞩目的程度降低却是不争的事实,因此在2017年10月正式发表最新的技术更新1.1版。群登科技产品应用处经理黄景茂指出,该公司主要生产LoRa模块,改善Class B传输漏封包的缺陷,新版本加入由网关发送的同步Beacon,让服务器可以知道终端甚么时候在听取数据,最快第三季群登支持LoRa 1.1版本Class B的模块产品就会推出。
 
在应用上,现在也有厂商发展私有LoRaWAN解决方案,黄景茂说,在原来的LoRa讯号上透过一个加密的机制,让讯号只有自家的设备认得,并加以接收,而一般的LoRaWAN会放掉这类讯号,让客户享有私有云的隐私、独立性,同时拥有LoRaWAN网络的便利性;部分在行动网络讯号不佳的偏远地区山巅、海边,尤其行动网络布建成本高的区域,也是LoRa可以发挥的场域,同时具备缩短数字落差的积极意义。
 
三大技术兄弟登山
 
整体而言,NB-IoT已经获得全面性的支持,其实与去年业界的看法一致,大部分物联网通讯厂商投入的方向也以NB-IoT为主,部分两边押宝的厂商大都将策略重心放在NB-IoT,还有更多先前观望的厂商,已经确定要投入NB-IoT的发展,未来相关应用的市场荣景可期。另外,LoRa与SigFox虽然受到NB-IoT强大的挤压,但因为物联网应用还属于成长中的市场,这两个技术的市场成长动能也属正向。
 
LoRa与SigFox已逐渐找到与NB-IoT区隔的发展道路,从规模上看,LoRa与SigFox每一个应用的数量都较小,百万节点以上的规模应用会以NB-IoT为主,但是逐渐朝向利基型应用的LoRa与SigFox也可能享有高毛利,未来两年的发展重点应该是创造良好的消费者使用体验,包括硬件终端芯片/模块的降价、软件服务的完善与便利性等,真正从正确的航道加速、起飞。









 


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