深入探討物聯(lián)網(wǎng)M2M市場(chǎng)、聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器對(duì)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(chǎng)、聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)，期能協(xié)助開(kāi)發(fā)商做出更好、更有價(jià)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(tái)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(dòng)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(duì)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(fèi)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(chǎng)分布來(lái)看，中國(guó)大陸地區(qū)非常積極推動(dòng)NB-IoT的發(fā)展，同時(shí)也有部分地區(qū)采用LoRa標(biāo)準(zhǔn)；相對(duì)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(lái)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(gè)跨全球通訊的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，若無(wú)完善的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)支撐，將難以通用于全球市場(chǎng)。反之，LoRa與SigFox采用非授權(quán)頻段，雖然無(wú)須支付頻譜費(fèi)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(shí)上，NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)真正確立的時(shí)間在2017年7月，實(shí)際上標(biāo)準(zhǔn)制定完成與運(yùn)行的時(shí)間不長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)商與NB-IoT發(fā)展可說(shuō)是同步成長(zhǎng)。然而，一項(xiàng)技術(shù)在產(chǎn)品化過(guò)程中，肯定會(huì)在實(shí)際運(yùn)作的過(guò)程中遇到一些挑戰(zhàn)與問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，NB-IoT一直以來(lái)受到質(zhì)疑之處，在于NB-IoT無(wú)法提供漫游功能。不過(guò)隨著R14標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)芯片的支持，漫游問(wèn)題將獲得改善，預(yù)期也將帶動(dòng)更多商用化表現(xiàn)。整體而言，物聯(lián)網(wǎng)M2M的設(shè)計(jì)上，開(kāi)發(fā)商通常會(huì)從網(wǎng)絡(luò)分布、產(chǎn)品續(xù)航力與后續(xù)維護(hù)等問(wèn)題思考選用的聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)來(lái)看，NB-IoT不僅滿足低速率傳輸，同時(shí)還滿足電信商與開(kāi)發(fā)商在意的設(shè)備成本問(wèn)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(huì)(TAICS)國(guó)際事務(wù)處處長(zhǎng)顏嘉邦(圖2)表示，3GPP將持續(xù)針對(duì)NB-IoT與5G研擬標(biāo)準(zhǔn)，迎合更多元的應(yīng)用服務(wù)場(chǎng)景。值得一提的是，未來(lái)在R16的NR制定中，將不會(huì)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(jí)eMTC(LTE-M)與NB-IoT，這也意味著NB-IoT技術(shù)相對(duì)穩(wěn)定，開(kāi)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(huì)國(guó)際事務(wù)處處長(zhǎng)顏嘉邦指出，未來(lái)3GPP在R16版本，將不會(huì)出現(xiàn)新的LPWA技術(shù)。

根據(jù)Navigant Research研究報(bào)告指出，2017年全球智能路燈市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到6.1億美元，并有望于2026年增長(zhǎng)到69億美元。市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)將從2017年的2%增長(zhǎng)到2026年的20%左右?？追脖灾袊?guó)大陸M2M市場(chǎng)作為分析案例。他表示，智能路燈是NB-IoT第一個(gè)大量落地的項(xiàng)目，主要原因是過(guò)去的蜂巢式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)沒(méi)辦法滿足M2M裝置數(shù)量的需求，若采用4G模塊，單價(jià)比起2G模塊將高出很多，因此在衡量營(yíng)運(yùn)成本與網(wǎng)絡(luò)容量?jī)身?xiàng)指針后，開(kāi)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(chǎng)掌握六大關(guān)鍵要素在整體物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)來(lái)看，根據(jù)思科(Cisco)預(yù)測(cè)，2021年將有33億臺(tái)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(kāi)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(gè)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(xiǎn)與高可靠性、高性價(jià)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(kāi)發(fā)主任廖容嫻認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)須要集結(jié)整個(gè)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(chǎng)。

廖容嫻談到，一個(gè)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(kāi)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(xiàng)非常重要的影響因素。此外，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)商機(jī)當(dāng)前，開(kāi)發(fā)商如何擺脫競(jìng)爭(zhēng)者，率先插旗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場(chǎng)贏得第一桶金，產(chǎn)品快速導(dǎo)入市場(chǎng)是決定性因素，然而物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品要通過(guò)認(rèn)證，通常須要長(zhǎng)達(dá)半年以上的時(shí)間，因此如何在半年內(nèi)降低產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)度，并提升可靠度，慎選合作伙伴將是重要指針，無(wú)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(lái)看，聯(lián)網(wǎng)裝置除了產(chǎn)品本身的硬件費(fèi)用之外，還包含了電信費(fèi)與事后的產(chǎn)品維修費(fèi)用，故需在人工、時(shí)間與硬件成本上取得平衡，才能達(dá)到最高的性價(jià)比。廖容嫻強(qiáng)調(diào)，物聯(lián)網(wǎng)商機(jī)是一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系攜手合作出來(lái)的成果，無(wú)論在組件、產(chǎn)品生產(chǎn)到通路與平臺(tái)等層面，皆是環(huán)環(huán)相扣缺一不可。NB-IoT省電測(cè)試小撇步另一方面，為了協(xié)助開(kāi)發(fā)商快速打造M2M模塊，本文將以目前市場(chǎng)普及率較高的LPWAN通訊技術(shù)NB-IoT做為量測(cè)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(dòng)通訊技術(shù)，主要是為了人類通訊設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(guò)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(lái)說(shuō)，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(zhǎng)的電池生命周期，單一裝置至少要提供超過(guò)10年的電池續(xù)航力，同時(shí)還需具備上下兼容的聯(lián)網(wǎng)機(jī)制。以省電的角度來(lái)看，梁晉源表示，NB-IoT主要是透過(guò)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(huì)開(kāi)啟飛航模式，因此在NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，就增添了一個(gè)PSM機(jī)制。梁晉源談到，PSM是過(guò)去LTE標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有支持的一項(xiàng)新技術(shù)，該模式的運(yùn)作模式是當(dāng)裝置聯(lián)機(jī)時(shí)，一開(kāi)始會(huì)先進(jìn)入Connected Mode，當(dāng)裝置使用一段時(shí)間后，RF開(kāi)始時(shí)間不需要太長(zhǎng)時(shí)，就會(huì)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(guò)程中，會(huì)有兩個(gè)定時(shí)器(T3324、T3412)計(jì)算時(shí)間切換模式。實(shí)際測(cè)量裝置耗電量，就會(huì)出現(xiàn)在Connected Mode時(shí)，硬件耗電最高，而后轉(zhuǎn)換成Idle Mode就會(huì)有一個(gè)周期起伏模式，偵測(cè)是否有工作需求，待真正進(jìn)入PSM Mode時(shí)，就是最省電的時(shí)候。