一、各國(guó)智慧城市開(kāi)始發(fā)起城市物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃
城市伴隨著經(jīng)濟(jì)與科技發(fā)展歷經(jīng)多次變革,現(xiàn)今所談?wù)摰闹腔鄢鞘袃?nèi)涵相較于早期信息城市(Information City)、數(shù)字城市(Digital City)及無(wú)所不在城市(Ubiquitous City)的概念
早已大不相同。今日的智慧城市強(qiáng)調(diào)廣泛使用信息與通訊技術(shù),感知各種人、事、物數(shù)據(jù),并利用無(wú)縫的網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端進(jìn)行數(shù)據(jù)分析等,以達(dá)到城市永續(xù)發(fā)展、改善人民生活質(zhì)量與創(chuàng)造
經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而,城市的智慧化需要倚賴各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)協(xié)助數(shù)據(jù)傳輸,但目前的困擾是多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)采用WiFi、Zigbee等短距離傳輸,但這些技術(shù)覆蓋范圍小且組網(wǎng)復(fù)雜度高,不僅需要
支付大量網(wǎng)關(guān)建設(shè)費(fèi)用,還得負(fù)責(zé)多臺(tái)設(shè)備維護(hù)成本。又或者選擇利用傳統(tǒng)2G/3G網(wǎng)絡(luò)來(lái)做物聯(lián)網(wǎng)M2M傳輸,但也不滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備低功耗、低成本的要求。
近年來(lái)各國(guó)智慧城市開(kāi)始發(fā)起城市物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃,推出適合城市物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)(Low Power Wide Area Network;簡(jiǎn)稱LPWAN),可提供低功耗、長(zhǎng)距離、易布建、低成
本與高可靠的優(yōu)化的解決方案,被視為城市物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的通訊技術(shù)。2014年英國(guó)的米爾頓凱恩斯發(fā)起全球第一次基于LPWAN大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)專屬網(wǎng)絡(luò),吸引英國(guó)電信(BT)、華為、
Samsung等大廠加入實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。2015年4月瑞士的Swisscom于蘇黎世、日內(nèi)瓦也成功建設(shè)LPWAN來(lái)尋求最佳能源效率的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。身為亞洲科技重鎮(zhèn)的臺(tái)北也于2016年打造亞太第一個(gè)基
于LPWAN城市級(jí)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),提供新創(chuàng)或開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)來(lái)申請(qǐng)利用,進(jìn)行連接傳感器、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等,加速智慧城市應(yīng)用的創(chuàng)新。根據(jù)GSMA的預(yù)測(cè)2018年采用LPWAN連網(wǎng)的終端數(shù)將達(dá)10億臺(tái),
2022年則成長(zhǎng)至超過(guò)50億臺(tái)且物聯(lián)網(wǎng)營(yíng)運(yùn)商市場(chǎng)可超過(guò)130億美元,包含:連接費(fèi)用與附加價(jià)值服務(wù)(如:系統(tǒng)整合、安全與數(shù)據(jù)分析等)。
二、新興低功耗廣域網(wǎng)的技術(shù)特性與應(yīng)用
目前新興低功耗廣域網(wǎng)大約可分為兩大陣營(yíng),其一為采用ISM(Industrial Scientific Medical)的免授權(quán)頻譜陣營(yíng),如:Sigfox(NTT Docomo、SK Telecom、GDF Suez、Air Liquide、
Elliott Management等投資)、LoRa聯(lián)盟(IBM、Semtech、Actility、Cisco等組成)、Weightless(Accenture、ARM等組成)、Wi-Fi HaLow等新生態(tài)系統(tǒng)為代表,尤其是Sigfox、LoRa、
Weightless等不僅技術(shù)已逐步成熟而且不乏國(guó)際大廠支持。其二為多數(shù)電信運(yùn)營(yíng)商擁護(hù)的NB-IoT,最大優(yōu)勢(shì)是基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)布署完成,大部分的LTE基站可直接支持升級(jí),因此多半電信商
、電信設(shè)備商因技術(shù)平臺(tái)遷移策略容易而樂(lè)于支持該技術(shù),如:AT&T、Vodafone、Deutsche Telekom、Etisalat、華為、中國(guó)移動(dòng)、LG Uplus、Telefonica、Ericsson、Nokia、Qualcomm
等。
上述兩大陣營(yíng)瞄準(zhǔn)的價(jià)值的目標(biāo)在于打造一個(gè)具備長(zhǎng)距離、大連結(jié)、易布建、超低功耗與低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò),而且采用的頻段多鎖定在Sub-1GHz,例如:LoRa鎖定支援頻段為150 MHz、433
MHz、850-1GHz,Sigfox鎖定支持頻段為902 MHz(美國(guó))、868 MHz(歐洲),Weightless鎖定支持頻段為White Space(700 MHz),IEEE 802.11ah鎖定支援頻段為900 MHz,Narrowband
IoT(簡(jiǎn)稱NB-IoT)鎖定3GPP所訂定的LTE頻段(1GHz以下為主),傳輸距離則可達(dá)5-40公里,主要依據(jù)實(shí)際場(chǎng)域、建筑物及地形高低起伏等情況而有所差距;根據(jù)IBM的建設(shè)LoRa經(jīng)驗(yàn),曼
哈頓下城區(qū)(Lower Manhattan)范圍約為30平方公里,僅需要7個(gè)基地臺(tái)就可覆蓋全區(qū),若是以整個(gè)臺(tái)北市為例,僅需要12個(gè)基地臺(tái)即可達(dá)100%覆蓋,而且具備大連結(jié)的特性使得1個(gè)基地
臺(tái)最多可支持上百萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn),因此相較于傳統(tǒng)的短距離傳輸方案可大幅降低布建成本。
此外,LPWAN亦具備低功耗特性,未來(lái)傳感器采用此技術(shù)后電池壽命可達(dá)10年,可節(jié)約電源消耗與維護(hù)成本,避免需要時(shí)常更新設(shè)備電池問(wèn)題,適合長(zhǎng)時(shí)間使用與大規(guī)模布建的城市網(wǎng)絡(luò)。而
且LPWAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐量(Throughput)通常為幾百bit/s或更少,芯片架構(gòu)主要支持小數(shù)據(jù)的傳輸為主,主要訴求轉(zhuǎn)而朝向更簡(jiǎn)化、更低數(shù)據(jù)吞吐量、更小內(nèi)存,因此具備低成本優(yōu)勢(shì),預(yù)
期Radio芯片成本未來(lái)有機(jī)會(huì)降至2美元以下。上述的特性可打造眾多新興智慧城市應(yīng)用,列舉如下:
(一) 精準(zhǔn)式農(nóng)業(yè)服務(wù)
德國(guó)Deutsche Telekom提出精準(zhǔn)式農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù),將NB-IoT模塊嵌入土壤溫濕度設(shè)備,設(shè)備亦結(jié)合太陽(yáng)能板進(jìn)行照度探測(cè),此物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備就可以有效偵測(cè)可將農(nóng)場(chǎng)的土壤、空氣的濕度溫
度、土壤PH值、葉子濕度、農(nóng)作物成熟狀況、太陽(yáng)面板偵測(cè)照明強(qiáng)度等數(shù)據(jù),并回傳至數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析,可達(dá)到農(nóng)作物生長(zhǎng)的歷程全程監(jiān)控。若是進(jìn)一步搭配昆蟲(chóng)探測(cè)、天氣預(yù)測(cè)、可視化
的地圖顯示、農(nóng)凍災(zāi)害偵測(cè)等,亦可以預(yù)防蟲(chóng)害、掌握農(nóng)作物疾病的爆發(fā)過(guò)程,或是了解季節(jié)如何影響農(nóng)作物生長(zhǎng)等應(yīng)用。
(二) 城市停車管理
法國(guó)Actility提供的城市停車管理,主要透過(guò)安置大量傳感器于停車場(chǎng)進(jìn)行停車位的狀態(tài)偵測(cè),再透過(guò)LoRa技術(shù)傳送至云端,如此可掌握城市內(nèi)所有停車場(chǎng)的空位信息,協(xié)助民眾享受便利
的車位查詢服務(wù),縮短不必要的時(shí)間浪費(fèi),同時(shí)政府單位亦可增加停車場(chǎng)管理效率,并增加停車位的利用率。Actility此項(xiàng)服務(wù)預(yù)計(jì)可減少民眾35%車位尋找時(shí)間,并間接減少40%的二氧
化碳排放。
(三)智慧電網(wǎng)服務(wù)
ZTE于2016年推出智慧電表系列產(chǎn)品,搭載LoRa技術(shù)可以提供長(zhǎng)距離、小數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用,有效降低人員抄表所產(chǎn)生的成本,也可避免人工抄表的錯(cuò)誤率。更重要的是可以確保實(shí)時(shí)性的尖離峰
用電的數(shù)據(jù)搜集,掌握城市各區(qū)域用電狀況進(jìn)行用電調(diào)度,并提供階梯式計(jì)費(fèi)。除了抄表服務(wù)之外,還可以透過(guò)遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控,并故障排除服務(wù)確保電表正常運(yùn)作。
三、電信運(yùn)營(yíng)商加快建設(shè)Cellular基礎(chǔ)的 NB-IoT網(wǎng)絡(luò)
3GPP自2009 Rel-8即開(kāi)始探討降低成本,擴(kuò)大覆蓋之MTC (Machine Type Communication)標(biāo)準(zhǔn),目前發(fā)展至Rel-13 NB-IoT。2016年MWC展會(huì)中GSMA聯(lián)合營(yíng)運(yùn)商、電信設(shè)備商、芯片商、
垂直行業(yè)企業(yè)等成立全球首屆NB-IoT Forum。論壇中主旨在于促進(jìn)營(yíng)運(yùn)商與電信設(shè)備商合作建立NB-IoT開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,提供開(kāi)發(fā)與測(cè)試環(huán)境來(lái)加速應(yīng)用創(chuàng)新與市場(chǎng)化進(jìn)程。目前NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)
已經(jīng)獲得全球主流營(yíng)運(yùn)商的支持:包含:AT&T、Vodafone、Deutsche Telekom、Etisalat、意大利電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通等大廠已開(kāi)始建實(shí)驗(yàn)網(wǎng),預(yù)計(jì)2016年全球50家主流運(yùn)營(yíng)商將有
會(huì)一半支持NB-IoT,重點(diǎn)應(yīng)用包含停車場(chǎng)感測(cè)、水表、農(nóng)業(yè)溫濕度傳感器、寵物追蹤等。其中,華為是目前最積極的業(yè)者之一,旗下的海思已經(jīng)推出NB-IoT芯片與模塊,模塊大小相當(dāng)于
一個(gè)銅板大,優(yōu)勢(shì)可以滿足10萬(wàn)的終端聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)、10公里的覆蓋范圍、確保5年以上的電池壽命,且NB-IoT保證數(shù)據(jù)成功回傳率達(dá)99%的高可靠度。綜上所述IEK認(rèn)為NB-IoT隨著垂直應(yīng)用
市場(chǎng)、智慧城市應(yīng)用等催化下將可帶來(lái)設(shè)備規(guī)模經(jīng)濟(jì)、更具成本效益等好處,將可進(jìn)一步擴(kuò)大其物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)范疇的影響力。
四、結(jié)論
新興低功耗廣域網(wǎng)的創(chuàng)新有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)真正的智慧城市應(yīng)用,同時(shí)也開(kāi)啟系統(tǒng)整合商、電信商一個(gè)創(chuàng)造新服務(wù)的成長(zhǎng)契機(jī)?,F(xiàn)階段市場(chǎng)上解決方案較領(lǐng)先的是采用ISM免授權(quán)頻譜陣營(yíng),例如:
LoRa、Sigfox等,由于已有解決方案問(wèn)世,具備First Mover 優(yōu)勢(shì),預(yù)計(jì)早期發(fā)展應(yīng)用多屬于特定垂直領(lǐng)域的行業(yè)應(yīng)用為主。但I(xiàn)SM的陣營(yíng)也并非沒(méi)有缺點(diǎn),由于眾多技術(shù)共享相同頻段,容
易產(chǎn)生干擾與擁塞也意味著服務(wù)質(zhì)量受限,且技術(shù)規(guī)格尚未統(tǒng)一,使得相對(duì)NB-IoT來(lái)說(shuō),產(chǎn)生全球規(guī)模經(jīng)濟(jì)相對(duì)需要更久時(shí)間。
反觀NB-IoT雖仍在標(biāo)準(zhǔn)制定階段,一旦標(biāo)準(zhǔn)定案(預(yù)計(jì)2016年6月)后,分析電信業(yè)者將大舉投入。按照過(guò)去無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展經(jīng)驗(yàn),一旦標(biāo)準(zhǔn)定案后2-3年內(nèi)可能會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)規(guī)模,對(duì)中
國(guó)供應(yīng)鏈有較強(qiáng)帶動(dòng)效果。然平臺(tái)掌握在大廠手里,中國(guó)產(chǎn)業(yè)需與國(guó)際大廠平臺(tái)介接,始能在平臺(tái)上作創(chuàng)意、應(yīng)用及解決方案的驗(yàn)證。
綜上所述,對(duì)中國(guó)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)選擇開(kāi)放陣營(yíng)且避免被鎖進(jìn)單一廠商行列甚為重要,尤其LPWAN強(qiáng)調(diào)低成本模塊,中國(guó)產(chǎn)業(yè)要由硬件創(chuàng)造利潤(rùn)不易,未來(lái)LPWAN對(duì)中國(guó)產(chǎn)業(yè)的價(jià)值將在于以平臺(tái)孕
育垂直應(yīng)用解決方案應(yīng)用整合與驗(yàn)證,同時(shí)掌握物聯(lián)網(wǎng)成功的關(guān)鍵—資料收集與分析。因此建議中國(guó)產(chǎn)業(yè)可運(yùn)用開(kāi)放式平臺(tái)結(jié)合開(kāi)放場(chǎng)域,推動(dòng)終端、應(yīng)用、解決方案業(yè)者及電信運(yùn)營(yíng)商的
協(xié)同驗(yàn)證,以催生利基應(yīng)用整體解決方案,借此不斷實(shí)踐或修正創(chuàng)新應(yīng)用,協(xié)助解決方案走向商業(yè)化,或可作為未來(lái)NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推動(dòng)之先期基礎(chǔ)。