LPWAN商业圈摩拳擦掌，NB-IoT、LoRa、Sigfox各出奇招
lpwan的三大阵营nb-iot、lora、sigfox正处于脱离试运行的实验网阶段，2018年都要大举投入商转，肩负海量物联网基础建设的重责大任，相关技术与厂商都卯足全力在网络、产品、服务等方面布局，希望能抢占物联网的广大商机。
低功耗广域网(low power wide area network, lpwan)2017下半年将陆续投入商转，nb-iot、lora、sigfox三大阵营脱离试运行的实验网阶段。
nb-iot经过r13与r14版本的强化，技术架构逐渐完善。
lora联盟会员已经突破500大关，周边商品陆续问世。
sigfox全球网络覆盖达32个国家，预计2018年将完成60个国家的网络布建。
nb-iot各大电信营运商陆续宣布开始运营，并投入公共事业、共享经济、智慧城市等相关服务。
lora在智慧读表、智慧农业、工业物联网具备优势。
sigfox领先取得***地区二类电信执照，并于跨地区大范围的智慧读表、智慧监测等应用持续发展。
lpwan商用摩拳擦掌 物联网由the next big things口号发展至今，物联网架构中的各项元素陆续发展到位。
低功耗广域网由于具备低功耗、低复杂度、低成本、长距离、大量连结特性，而且技术难度不高，从早期的m2m发展起，近期已届商用阶段，较受市场注目的技术包括：emtc、nb-iot、sigfox、lorawan、halow、weightless等。
资策会mic产业分析师曾巧灵(图1)说，授权频段以3gpp电信网络相关的物联网标准为主，包括gsm-iot、lte-m与nb-iot等；非授权频段则以lorawan与sigfox，这两个起自法国，运作于1ghz以下的技术发展最为迅速。
图1 资策会mic产业分析师曾巧灵说，未来两年lpwan芯片预计将朝向多频多模的方向发展，提供跨网跨域之服务基础。
lpwan的发展目前还属战国时代，因此不仅技术纷杂，使用的频段也不利于部分应用与市场的推动。
曾巧灵指出，未来两年lpwan芯片预计将朝向多频多模的方向发展，qualcomm与华为协助韩国电信营运商开发同时支持1.8ghz与800mhz的双频nb-iot芯片；摩拜单车、qualcomm及中国移动研究院2017年5月使用高通mdm9206芯片，进行支持lte-m、nb-iot与e-gprs的多模测试。
对营运商而言，多模多频解决方案可以提供跨网跨域之服务基础，扩大其服务类型与范围。
现阶段，包括3gpp lpwan与lora、sigfox三大阵营，都持续强化自身产业链(图2)在芯片、模块、网关(gateway)/基地台(base station)、营运商等不同层面的产业实力，整体而言各有优劣势，较特别的是有越来越多厂商多方押宝，不只投入一项技术。
图2 lpwan三大阵营积极拓展产业链
曾巧灵强调，未来抢占有潜力的应用市场与发展为消费者接受的商业模式，可能会是脱颖而出的关键之一。
nb-iot持续改善技术缺陷 3gpp发展物联网应用其实早在2008年release 8版本中的lte cat-1，就有mtc(machine type communication)的应用设计。
资策会智能所蔡宜学博士(图3)说明，其后几年针对mtc应用的技术内容持续简化以提升连结数、传输距离、降低功耗、传输速率，发展出lte cat-0与cat-m1等，一直到release 13版本正式发表cat-nb1也就是nb-iot。
图3 资策会智慧所蔡宜学博士说明，2018年release 15的nb-iot版本，预计会有更多细节的技术改善。
release 13版本的nb-iot仅具最基本的技术内涵，许多应用需要的特殊功能都还付之阙如，在release 14版本强化了定位(positioning)功能，蔡宜学提到，nb-iot的定位是以otdoa利用基地台的三角定位，实际的运作是以idle mode进行量测定位讯号，因为进行量测的同时，无法监控npdcch，进而影响传收数据。nb-iot延长量测时间以增加量测精准度，因此相对的必须延长lpp反应时间(response time)。
到了2018年release 15的nb-iot版本，预计会有更多细节的技术改善，蔡宜学解释，这个版本的技术演进主要分成三个部分，一是针对功耗、量测与支持小型基地台的架构，同时首次加入支持低延迟(low latency)达10ms。第二部分就是支持分时多任务系统(time-division duplex, tdd)，并增加更多频段的支持。第三部分就是与服务质量有关的qos、存取限制(access barring)、终端回馈(ue feedback)等。
nb-iot强调服务质量优势 物联网在近年之所以会受到产业高度关注的主要原因之一，就在于物联网装置的数量规模从几十亿到几百亿，而支撑这个连结依靠的可能就是lpwan技术，其中扮演服务提供商的电信商角色非常关键。
远传电信物联网应用发展部协理张连成(图4)表示，nb-iot与emtc同为3gpp的物联网技术，但在许多技术指标上还是有其区隔(图5)，nb-iot在成本、覆盖、功耗、连接数等指标持续强化；而emtc则考虑与lte兼容，在延迟、语音、移动性等功能更胜一筹。
图4 远传电信物联网应用发展部协理张连成表示，未来物联网服务价值链的营收分配高达73%将由服务与应用产生。
图5 nb-iot与emtc关键技术指标比较
未来物联网服务价值链的营收分配，跟传统电信服务不同，张连成认为，高达73%将由服务与应用产生，因此未来电信业者必须调整角色，整合更多合作伙伴，各种形式的异业结盟或产业垂直整合将更为常见，对于物联网市场提出新的收费模式(new price model)，并发展新的产品设计(new product design)。事实上，远传积极布局物联网，与中华电信都已经申请到第一批300万门物联网专用号码，提供商业服务箭在弦上，张连成分析，物联网应用类型有四类，自动上报/异常上报，应用如烟雾检测、智能仪表失效通知、闯入通知；自动上报/周期上报，应用如智能三表、智能农业监测、智慧环境监测；网络命令，应用如开关、触发设备上报数据、请求读表数据；软件升级/重配置模型，应用如软件补强升级ota软件更新。
nb-iot芯片强调整合与可靠度
电信商扮演提供nb-iot服务最关键角色，芯片/模块厂就是此一应用推动的引擎，u-blox多年前就看好此一市场潜力并积极投入，2015年与华为/neul及vodafone合作，展示全球第一个nb-iot水表解决方案。
在各式应用当中，u-blox商业开发经理廖容娴(图6)认为，智慧读表应该是第一个发展的应用，再来是智能城市如智能路灯、停车抄表、废弃物管理等，共通性是政府项目需求。
图6 u-blox商业开发经理廖容娴认为，智慧读表应该是第一个发展的应用，再来是智慧城市等政府项目需求。
廖容娴进一步说明，第二个阶段才会发展消费市场应用，如智慧家庭/建筑，包括警报系统、用电管理等；个人需求，如老人/动物追踪；最后一部分是智慧农业/环境监控如国土、噪音、雨量、污染等的监控。
nb-iot有电信商的支持与服务质量的保证，海外媒体也大胆预测2022年，nb-iot将瓜分90%的lpwan市场营收。
随着支持release 13版本的nb-iot芯片陆续发表，2017下半年~2018上半年，包括亚太、欧洲、美洲许多电信营运商都陆续宣布nb-iot启动讯息，德国电信(deutsche telecom)更于2017年6月率先宣布，全球第一个nb-iot服务智慧停车正式上路。
其中nb-iot模块价格能否快速降价，也是市场能不能普及的关键要素之一，一般而言终端用模块要降至5美元以下，中国的供货商更喊出1美元以下的激进目标。
lora获业界广泛支持 lorawan是long range wan也就是长距离广域网的意思，其在市区传输距离约2~5公里，在遮蔽物较少的郊区则为15公里。
lora联盟目前会员数已经超过500家，是近年成长最为迅速的产业团体。
正文科技绿色物联网事业部营销经理张兴皇(图7)说明，lora传输模式称为扩散因子(spreading factor)，采用sf7模式时，传输速率为5468bit/s，传输距离约2公里，可应用在需求较大数据量的应用，sf8模式传输速率3125bit/s，传输距离4公里，一直到sf12模式，是传输速率最小但距离最长的模式。
图7 正文科技绿色物联网事业部营销经理张兴皇说明，lora因应不同应用情境需求，设计了三种传输模式。
lora数据传输时透过两层加密技术包括network session key与application session key，一为传输加密，一为数据加密，是一种很安全的无线技术。
张兴皇解释，lora因应不同应用情境需求，设计了三种传输模式，class-a设计给搭载电池的装置，以最省电的方式运作，数据传送后马上进入待机/休眠状态，延长电池续航力。class-b则是可应用在电池供电与电源线供电装置，该模式传送数据后不会马上休眠，是class-a加上额外的接收窗口。
class-c则建议为电源线供电装置应用，采用连续听模式，是三个模式最耗电的一种，但服务质量也最好，终端装置可以随时收讯。
lora强调开放生态系 lorawan网络架构是由应用服务器(application server)、网络服务器(network server)、网关(gateway)与终端节点(end node)组成。
如果是建置私有网络则不需应用服务器与网络服务器，架构更加简单。lora在应用上非常适合不用常时连网，只要定期收到特定信息，如空气质量、电表、水表等。
lora采用1ghz以下ism的免授权频段，依照地区国家的规划也有不同的频段，群登科技产品应用处长邱文正(图8)说，像***ncc是开放920~925mhz给物联网使用，每个频道125khz，共可切分16个频道，其他欧洲433/868mhz、美国915mhz、大陆779~787mhz等等，最大的缺点是容易受到干扰，像是***etag就在920~925mhz，另外还有手机网络，因为功率较大，也容易出现俗称盖台的干扰。
图8 群登科技产品应用处长邱文正说，lorawan的网络架构是由应用服务器、网络服务器、网关与终端节点组成。
sigfox发展全球一大网 物联网的话题已经炒作好几年，但是大量连结物联网发展的关键因素包括节能、低价、简单与无所不在的网络环境，这也是lpwan会迅速受到产业瞩目的原因，现有我们熟悉的网络技术如4g lte、wi-fi、蓝牙都无法同时拥有以上四个要素，三大lpwan则是尽力强化自身在这四个要素上的竞争力，比如提供更远的传输距离、更低价的芯片模块、更无所不在的网络环境。
sigfox的最大特色是想在全球建立一个共同的物联网网络，再透过各地类似特许的网络营运商提供服务，sigfox在***的网络营运商unabiz生态圈总监邹宏平(图9)指出，sigfox利用超窄频传输技术，相较nb-iot与lora传输速率最低(每次约12bytes)，也因此具备最大的平均传输距离与穿墙能力。同时sigfox无须配对即可进行联机，可在全球运作。
图9 unabiz生态圈总监邹宏平指出，sigfox利用超窄频传输技术，因此具备最大的平均传输距离与穿墙能力。
由于网络架构的一致性，全球sigfox网络都是由sigfox建置所以不会有兼容性的问题，全球数据数据也在同一个云端数据库，存取与利用有其一致性。sigfox与lora一样采用非授权的ism频段，所以网络成本较低，邹宏平强调，在***每个装置的服务费最低每年人民币4.8元，最高也不会超过每年12美元，而且sigfox网络没有国际漫游的问题，不会因为服务区域不同就有不同的费率或重复收费。
sigfox充分发挥超窄频特性 sigfox全球同一网络的特性，适合跨国性的应用，如个人行李箱、货物追踪等，目前sigfox使用频段全球大致分成四区，相较nb-iot与lora使用频段纷杂，sigfox网络架构最为单纯，预计今年就会有整合四区频段的多频模块问世。传输距离部分，一般市区约5公里，郊区可达20~30公里。
sigfox的超窄频(ultra narrow band, unb)讯号带宽小于1khz，云创通讯新技术开发处长李俊颐(图10)说明，优势是链路预算(link budget)达157db，不考虑空气、水分、建筑物阻挡等，讯号直线传输距离高达2,100公里；另外，支持大量终端节点连结，抗干扰能力佳，而且可以直接联机，终端节点架构简单，sigfox收(听)讯息能力佳，传输讯息能力则相对较差。
图10 云创通讯新技术开发处长 李俊颐说明，sigfox全球同一网络的特性，特别适合跨国性的应用服务。
同样，sigfox的unb技术缺点就是传输速率较低、传输每位耗费能源较高，原因是其超窄频，所以传送封包的时间就较长，而且基地台的设计较为复杂。应用类型上，状态报告(status reporting)、装置识别(device identification)、事件检测(event detector)、传感器分散配置(sensor at scattered location)的工作需求都是sigfox可以发挥功能的应用类型。
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2018年版的机器人发展史
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sigfox领先取得***地区二类电信执照，并于跨地区大范围的智慧读表、智慧监测等应用持续发展。
lpwan商用摩拳擦掌 物联网由the next big things口号发展至今，物联网架构中的各项元素陆续发展到位。
低功耗广域网由于具备低功耗、低复杂度、低成本、长距离、大量连结特性，而且技术难度不高，从早期的m2m发展起，近期已届商用阶段，较受市场注目的技术包括：emtc、nb-iot、sigfox、lorawan、halow、weightless等。
资策会mic产业分析师曾巧灵(图1)说，授权频段以3gpp电信网络相关的物联网标准为主，包括gsm-iot、lte-m与nb-iot等；非授权频段则以lorawan与sigfox，这两个起自法国，运作于1ghz以下的技术发展最为迅速。
图1 资策会mic产业分析师曾巧灵说，未来两年lpwan芯片预计将朝向多频多模的方向发展，提供跨网跨域之服务基础。
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对营运商而言，多模多频解决方案可以提供跨网跨域之服务基础，扩大其服务类型与范围。
现阶段，包括3gpp lpwan与lora、sigfox三大阵营，都持续强化自身产业链(图2)在芯片、模块、网关(gateway)/基地台(base station)、营运商等不同层面的产业实力，整体而言各有优劣势，较特别的是有越来越多厂商多方押宝，不只投入一项技术。
图2 lpwan三大阵营积极拓展产业链
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资策会智能所蔡宜学博士(图3)说明，其后几年针对mtc应用的技术内容持续简化以提升连结数、传输距离、降低功耗、传输速率，发展出lte cat-0与cat-m1等，一直到release 13版本正式发表cat-nb1也就是nb-iot。
图3 资策会智慧所蔡宜学博士说明，2018年release 15的nb-iot版本，预计会有更多细节的技术改善。
release 13版本的nb-iot仅具最基本的技术内涵，许多应用需要的特殊功能都还付之阙如，在release 14版本强化了定位(positioning)功能，蔡宜学提到，nb-iot的定位是以otdoa利用基地台的三角定位，实际的运作是以idle mode进行量测定位讯号，因为进行量测的同时，无法监控npdcch，进而影响传收数据。nb-iot延长量测时间以增加量测精准度，因此相对的必须延长lpp反应时间(response time)。
到了2018年release 15的nb-iot版本，预计会有更多细节的技术改善，蔡宜学解释，这个版本的技术演进主要分成三个部分，一是针对功耗、量测与支持小型基地台的架构，同时首次加入支持低延迟(low latency)达10ms。第二部分就是支持分时多任务系统(time-division duplex, tdd)，并增加更多频段的支持。第三部分就是与服务质量有关的qos、存取限制(access barring)、终端回馈(ue feedback)等。
nb-iot强调服务质量优势 物联网在近年之所以会受到产业高度关注的主要原因之一，就在于物联网装置的数量规模从几十亿到几百亿，而支撑这个连结依靠的可能就是lpwan技术，其中扮演服务提供商的电信商角色非常关键。
远传电信物联网应用发展部协理张连成(图4)表示，nb-iot与emtc同为3gpp的物联网技术，但在许多技术指标上还是有其区隔(图5)，nb-iot在成本、覆盖、功耗、连接数等指标持续强化；而emtc则考虑与lte兼容，在延迟、语音、移动性等功能更胜一筹。
图4 远传电信物联网应用发展部协理张连成表示，未来物联网服务价值链的营收分配高达73%将由服务与应用产生。
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nb-iot芯片强调整合与可靠度
电信商扮演提供nb-iot服务最关键角色，芯片/模块厂就是此一应用推动的引擎，u-blox多年前就看好此一市场潜力并积极投入，2015年与华为/neul及vodafone合作，展示全球第一个nb-iot水表解决方案。
在各式应用当中，u-blox商业开发经理廖容娴(图6)认为，智慧读表应该是第一个发展的应用，再来是智能城市如智能路灯、停车抄表、废弃物管理等，共通性是政府项目需求。
图6 u-blox商业开发经理廖容娴认为，智慧读表应该是第一个发展的应用，再来是智慧城市等政府项目需求。
廖容娴进一步说明，第二个阶段才会发展消费市场应用，如智慧家庭/建筑，包括警报系统、用电管理等；个人需求，如老人/动物追踪；最后一部分是智慧农业/环境监控如国土、噪音、雨量、污染等的监控。
nb-iot有电信商的支持与服务质量的保证，海外媒体也大胆预测2022年，nb-iot将瓜分90%的lpwan市场营收。
随着支持release 13版本的nb-iot芯片陆续发表，2017下半年~2018上半年，包括亚太、欧洲、美洲许多电信营运商都陆续宣布nb-iot启动讯息，德国电信(deutsche telecom)更于2017年6月率先宣布，全球第一个nb-iot服务智慧停车正式上路。
其中nb-iot模块价格能否快速降价，也是市场能不能普及的关键要素之一，一般而言终端用模块要降至5美元以下，中国的供货商更喊出1美元以下的激进目标。
lora获业界广泛支持 lorawan是long range wan也就是长距离广域网的意思，其在市区传输距离约2~5公里，在遮蔽物较少的郊区则为15公里。
lora联盟目前会员数已经超过500家，是近年成长最为迅速的产业团体。
正文科技绿色物联网事业部营销经理张兴皇(图7)说明，lora传输模式称为扩散因子(spreading factor)，采用sf7模式时，传输速率为5468bit/s，传输距离约2公里，可应用在需求较大数据量的应用，sf8模式传输速率3125bit/s，传输距离4公里，一直到sf12模式，是传输速率最小但距离最长的模式。
图7 正文科技绿色物联网事业部营销经理张兴皇说明，lora因应不同应用情境需求，设计了三种传输模式。
lora数据传输时透过两层加密技术包括network session key与application session key，一为传输加密，一为数据加密，是一种很安全的无线技术。
张兴皇解释，lora因应不同应用情境需求，设计了三种传输模式，class-a设计给搭载电池的装置，以最省电的方式运作，数据传送后马上进入待机/休眠状态，延长电池续航力。class-b则是可应用在电池供电与电源线供电装置，该模式传送数据后不会马上休眠，是class-a加上额外的接收窗口。
class-c则建议为电源线供电装置应用，采用连续听模式，是三个模式最耗电的一种，但服务质量也最好，终端装置可以随时收讯。
lora强调开放生态系 lorawan网络架构是由应用服务器(application server)、网络服务器(network server)、网关(gateway)与终端节点(end node)组成。
如果是建置私有网络则不需应用服务器与网络服务器，架构更加简单。lora在应用上非常适合不用常时连网，只要定期收到特定信息，如空气质量、电表、水表等。
lora采用1ghz以下ism的免授权频段，依照地区国家的规划也有不同的频段，群登科技产品应用处长邱文正(图8)说，像***ncc是开放920~925mhz给物联网使用，每个频道125khz，共可切分16个频道，其他欧洲433/868mhz、美国915mhz、大陆779~787mhz等等，最大的缺点是容易受到干扰，像是***etag就在920~925mhz，另外还有手机网络，因为功率较大，也容易出现俗称盖台的干扰。
图8 群登科技产品应用处长邱文正说，lorawan的网络架构是由应用服务器、网络服务器、网关与终端节点组成。
sigfox发展全球一大网 物联网的话题已经炒作好几年，但是大量连结物联网发展的关键因素包括节能、低价、简单与无所不在的网络环境，这也是lpwan会迅速受到产业瞩目的原因，现有我们熟悉的网络技术如4g lte、wi-fi、蓝牙都无法同时拥有以上四个要素，三大lpwan则是尽力强化自身在这四个要素上的竞争力，比如提供更远的传输距离、更低价的芯片模块、更无所不在的网络环境。
sigfox的最大特色是想在全球建立一个共同的物联网网络，再透过各地类似特许的网络营运商提供服务，sigfox在***的网络营运商unabiz生态圈总监邹宏平(图9)指出，sigfox利用超窄频传输技术，相较nb-iot与lora传输速率最低(每次约12bytes)，也因此具备最大的平均传输距离与穿墙能力。同时sigfox无须配对即可进行联机，可在全球运作。
图9 unabiz生态圈总监邹宏平指出，sigfox利用超窄频传输技术，因此具备最大的平均传输距离与穿墙能力。
由于网络架构的一致性，全球sigfox网络都是由sigfox建置所以不会有兼容性的问题，全球数据数据也在同一个云端数据库，存取与利用有其一致性。sigfox与lora一样采用非授权的ism频段，所以网络成本较低，邹宏平强调，在***每个装置的服务费最低每年人民币4.8元，最高也不会超过每年12美元，而且sigfox网络没有国际漫游的问题，不会因为服务区域不同就有不同的费率或重复收费。
sigfox充分发挥超窄频特性 sigfox全球同一网络的特性，适合跨国性的应用，如个人行李箱、货物追踪等，目前sigfox使用频段全球大致分成四区，相较nb-iot与lora使用频段纷杂，sigfox网络架构最为单纯，预计今年就会有整合四区频段的多频模块问世。传输距离部分，一般市区约5公里，郊区可达20~30公里。
sigfox的超窄频(ultra narrow band, unb)讯号带宽小于1khz，云创通讯新技术开发处长李俊颐(图10)说明，优势是链路预算(link budget)达157db，不考虑空气、水分、建筑物阻挡等，讯号直线传输距离高达2,100公里；另外，支持大量终端节点连结，抗干扰能力佳，而且可以直接联机，终端节点架构简单，sigfox收(听)讯息能力佳，传输讯息能力则相对较差。
图10 云创通讯新技术开发处长 李俊颐说明，sigfox全球同一网络的特性，特别适合跨国性的应用服务。
同样，sigfox的unb技术缺点就是传输速率较低、传输每位耗费能源较高，原因是其超窄频，所以传送封包的时间就较长，而且基地台的设计较为复杂。应用类型上，状态报告(status reporting)、装置识别(device identification)、事件检测(event detector)、传感器分散配置(sensor at scattered location)的工作需求都是sigfox可以发挥功能的应用类型。
如何避免MOSFET常见问题和失效模式
工业级模拟量采集模块的优点介绍
数码相机电池一般采用哪些电池?
2018年版的机器人发展史
iphone8、小米mix2全面屏手机即将发布，vivox20全面屏手机也要横插一脚
LPWAN商业圈摩拳擦掌，NB-IoT、LoRa、Sigfox各出奇招
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TWH9250雷达探测模块的新型防盗报警器中文资料及电路图
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