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颜立歆

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LPWAN工业物联网应用

低功耗廣域網路 ( Low Power Wide Area Network, LPWAN ),正如字面上敘述,其低功耗、廣覆蓋、低資料量與低傳輸速度的特性,皆不同於以往常見的 Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee 等通訊協定。



若細分低功耗廣域網路的話,可以依照其授權頻段與否,分出非授權頻段的:LoRa、Sigfox、Weightless 等;以及授權頻段的 NB-IoT 等。

所謂的非授權頻段就是各國開放給普羅大眾免費使用的頻段,不過俗話說的好:「天下沒白吃的午餐」,雖然可以使用非授權頻段,但卻會受到相當的限制,例如:發射功率不可太高、不可干擾其他頻段等。




LoRa

美國半導體製造商 Semtech 開發的 LoRa,並與 IBM、Cisco 等 500 多家廠商進行結盟,共同推廣此無線通訊技術。

LoRa 與 Wi-Fi 一樣,使用者需自行建立 Gateway,而 LoRa 的終端裝置可以與單一或多個 Gateway 進行雙向資料傳輸。




Sigfox

法國的 Sigfox 廠商推出同名的通訊技術,為了節省終端裝置的功耗以及保持大量設備聯接時的頻寬流量,讓 Sigfox 的速度最快只有 100 bits/s,且每台終端裝置一天傳送訊息的上限為 140 封訊息,每封訊息的最大容量限制為 12 bytes。

雖然跟 LoRa 同屬非授權頻段,但 Sigfox 實際上需要通過營運商架設的基地台進行資料通訊,除此之外,Sigfox 也提供資料儲存的服務,讓廠商可專注在應用開發。舉個例子:Unabiz 就是在全球營運 Sigfox 的營運商之一。




Weightless

由 Weightless special interest group ( SIG ) 提出來的同名無線連接技術,其開放的通訊標準是宣傳的特點之一。Weightless 有三種不同的通訊標準:

1. 利用電視空白頻段傳輸的 Weightless-W,這也是最早發展的版本,但由於各國釋出電視空白頻段的時程皆不相同,導致發展困難,現今多為改用 Weightless-N 及 Weightless-P。

2. 單向通信的 Weightless-N,傳輸速率約為 30 ~ 100 kbit/s,最長傳輸距離約為 5 KM。

3. 雙向通信的 Weightless-P,傳輸速率為約 100 kbit/s,最長傳輸距離約為 2 KM。


NB-IoT

NB-IoT ( Narrow Band Internet Of Things),是 3GPP ( 3rd Generation Partnership Project ) 定義出的物聯網標準,建構於蜂窩網路的窄頻物聯網,只消耗大約 180 KHz 的頻段,可直接部屬於 GSM 網路、UMTS 網路或 LTE 網路,降低部屬成本,實現平滑升級。

NB-IoT 跟電信商的基地台進行通訊,跟 Sigfox 不同的是,不是每個電信商都有提供雲端服務,所以使用者有可能會需要自行建立雲端平台以接收資料。




雖然上述各項 LPWAN 的技術看似有重疊之處,但依照實際上的應用或許可達到互補功能,舉例而言:

若一個工廠的廠區幅員遼闊,那麼可以先透過 LoRa 進行區域網路的資料收集,再透過 Gateway 將 LoRa 轉 NB-IoT 或是 Sigfox 等其他通訊方式將資料傳送至雲端,一來除了考量到功耗或是佈線的困難度之外,二來也降低了採用 NB-IoT 或 Sigfox 的通訊或是服務費用。

大聯大控股世平集團所代理的 NXP、ON Semi、TI、Telit 產線恰好有 Sub-1 GHz 或是 NB-IoT module,可以提供開發商眾多 LPWAN 方面的選擇,並進一步的協助開發商從進入工業物聯網領域。

若開發商想進行初期的概念驗證的話,建議採用大樹雲的開發板 BTC DVK-NXP MK64,此套開發板上已經有溫溼度、UV、Light 等感測器,並且只要開發商提出想要介接的通訊需求,在經過大樹雲評估且可行的話,就會將此需求完成並讓開發商進行概念驗證,建立出屬於開發商的工業物聯網應用。

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回帖(1)

fax52

2019-9-18 16:43:25
谢谢,这篇文章对我很重要。
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