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2025年非授權LPWAN物聯網連接數將達4億個

產業研究機構Strategy Analytics預測,到2025年,全球非授權頻段LPWAN的連接總數將成長到約4億。考量到物聯網的低功耗要求和Sigfox等公司的早期投入優勢,非授權LPWAN產業潛力備受期待。然而中國市場的NB IoT和LTE M由於有政府大力支持,加上晶片/模組成本下降而快速成長,對非授權LPWAN技術的市場發展帶來強大壓力;儘管如此,諸如公用事業,初級加工以及工業、製造、運輸和物流等市場具有追踪/資產管理功能,未來仍將為非授權LPWAN提供發展空間。 Strategy Analytics企業和物聯網研究執行總監安德魯·布朗(Andrew Brown)表示,LoRaWAN已成為非授權LPWAN的主要標準,它採取了互補而非對抗的方法,有助於擴展LoRa生態系統針對行動網路營運商的解決方案,以及主要的低成本WAN解決方案。雖然預期NB IoT、LTE-M和5G mMTC等授權頻段低功耗技術從長遠來看將占主導地位,但非授權頻段的LPWAN仍有未來,尤其是在特定的垂直市場和新興市場。 而在區域市場的表現上,Strategy Analytics預期,亞太地區、北美與西歐仍然是非授權頻段LPWAN技術發展最好的地區,尤其是亞太地區,連結數量與成長性表現都相對突出。  
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應用案例成功消息紛傳 LPWAN商用後勢看漲

低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network, LPWAN)建構在Machine-to-machine應用上,其主要特徵要符合廣覆蓋、低成本、低功耗、大連接等特點,主要的技術則包含Sigfox、LoRa、NB-IoT、CAT-M等;若以技術發展角度,也有近10年以上的開發時程。 首先,考慮技術發展最早的Sigfox以及LoRa,皆於2009年由Sigfox與Cycleo兩家公司開始發展,鎖定Unlicensed Band Network的應用場域。 Sigfox訴求在自建Sigfox基地台,目前涵蓋約60個國家,適用於資料傳輸量較小、且有耗電考量的情境,其技術應用的四大特性就是:低功耗的連線裝置、全球的聯網服務、簡易的使用模式及低營運成本。 至於LoRa技術,訴求是透過系統整合商在場域內架設LoRa閘道器(Gateway),並且透過WiFi路由器或是乙太網路連線至後端系統。 其中,LoRa與Sigfox不同的地方在於LoRa開放較多的彈性讓系統整合商做自行開發,這對於創客而言是一項利多,創客在執行各自的場域驗証時,可以在不需要認證前提下快速地導入自創LoRa應用產品,有助於LoRa技術的推廣。然而,此一特性雖有助於LoRa得推廣,但另方面則是衍生出創客對LoRa各自表述,即LoRa產品容易在市場上產生不相容問題。 換言之,在整體LoRa應用上,受惠於較多人投入產品應用開發,使得LoRa在一開始的市占稍具規模。 在2016年6月3GPP R13定義NB-IoT的標準,2017年6月確定R14標準,NB-IoT/CAT-M的解決方案也陸續由Intel、Qualcomm、海思等晶片商在2017提出基於R13的晶片方案。 至於後續的進程,原本規畫在R16,5G NR時會將NB-IoT與CAT-M整併到5G mMTC之中,但是目前的整併時程,將會延至3GPP R17時。 應用場景陸續浮現 LPWAN爆發成長可期 參照TSR 2019年出具的市場分析報告「Cellular Modem Market Update」內容,LPWAN的市場出貨量由2016年的1,580萬,到2023年預估的量能4億2,980萬,其平均年複合成長率達到160%。此部分已包含對LoRa、Sigfox、NB-IoT及CAT-M所有LPWAN產品預估值。市場分析指出,2018年LPWAN產品將由8,300萬,跳升到2019年的1億4,660萬,市場需求將再成長176.7%。 有別於智慧型手機,將由總人口數直接限制手機數量。訴求在萬物聯網的IoT產品,其數量完全由應用場景所決定,不會有產品總數的天花板。雖然在初期的LPWAN的應用場景,不乏晶片模組的價格過高、水表應用的通訊掉包、生態系(Ecosystem)尚待建立、缺乏殺手級的產品應用等負面的聲音出現。 然而,在各概念驗證(Proof Of Concept, POC)產品應用在市場上接收到的回饋、更多的成功應用、模組價格大幅下降、政府的公共資源投入,2019年已開始在市場上締造許多成功的案例,如水表、電表與瓦斯表等三表布建、中國大陸鄭州的電動車專案、資產物流老人小孩的追蹤需求、消防感知的需求法制化。智慧建築、智慧農業、智慧商店、智慧醫療、智慧交通等,環繞在智慧城市下環環相扣的應用場景,已成為目前科技發展的顯學,在2019年下半年,需求有機會大爆發。 NB-IoT實現資料傳輸最後一哩路 物聯網的應用面,包含端、管、雲,才能成就其完整的智慧應用場景。負責資料收集的感測器、負責傳輸的通訊技術、提供管理平台的PaaS(Platform As A Service)、提供資訊分析的Cloud環境。 在物聯網的應用中,端點的關鍵在於如何正確的萃取環境或生物等訊息,這些訊息的組成除了巨觀的參數以外,更包含微觀的數值,再利用相互間的特殊關係,產生一個具有意義且可被量化的演算法,種種問題需要多元的產業達人和技術人員共同開發討論,並且在場域環境下可以穩定的、低功耗、高效率、價格合理的無線技術下傳輸。 可以相信的是,讓所有的資料能送至後台是最為關鍵的一環,唯有訊息開始回傳至後台,才是開啟物聯網的重要里程碑。目前各路英雄好漢,均已就定位,提出各自的服務方案,試圖占據市場有利位置。 市場上,也不斷有加速物聯網應用的好消息,著實振奮市場信心。中國鐵塔公司與阿里巴巴簽署戰略合作協議,雙方將在雲計算、邊緣運算、大數據等展開深度合作。 2019年,搭配各家NB-IoT的R14版本的開發完備,運營商也計畫在2019年Q2、Q3完成NB-IoT R14基地台的升級,此3GPP R14的部署,將加速Tracker在移動性、低耗能、軔體更新的應用需求。截至2018年底,中國已陸續布置超過百萬座NB-IoT的基地台,NB-IoT的訊號涵蓋率,已被大幅提昇至全面商用化階段。 迎接IoT應用商機 通訊模組業者蓄勢以待 展望未來科技應用的場景,無論是訴求智慧生產的工業4.0、AI與大數據分析,或是5G的巨量連結,都是建立在物聯網的架構下擴大其應用面。目前工業4.0則成為通訊模組廠商重點推行的技術,例如光寶科技不但讓旗下各規模的工廠逐漸升級成為智慧工廠,更利用大數據分析和AI技術提升製程能力,藉由高端技術的引進,在零組件製造業創造更高價值,產生高毛利的產品,進而成為物聯網時代的重要推手之一。 另外,物聯網的應用,重點在各項技術的整合,在相關技術蓬勃發展下,說明各個技術已開始產生化學反應,代表物聯網的商用年代逐漸來臨。通訊模組供應商也積極布局智慧製造、物聯網網通與智慧應用三大市場。像是光寶便積極投入LPWAN的通訊模組開發,成為具Sigfox、LoRa、NB-IoT量產能力的模組開發商,以完整的通訊產品線布局,營運範圍涵蓋網路通訊模組、網通設備、智慧監控攝影、戶外照明路燈與工業自動化等,迎接需求即將爆發的LPWAN市場。 同時,未來在面對少量多樣化的模組生產需求,光寶也早已導入高度自動化的生產線,利用機械手臂協助模組產品測試,並投入研發人員在製程設備開發,持續展現高彈性的生產優勢,為LPWAN進入大規模商用時代做好準備。 (本文作者為光寶科技通訊模組事業部研發二處處長)
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簡化聯接至關重要 Sigfox突破IoT應用技術障礙

在工業和消費應用中,感知、處理、驅動和聯接這些關鍵模組對於IoT的設計至關重要。如果為每個模組提供模組化的、隨插即用的方案,可以顯著地加快和簡化新的設計,用於如智慧家庭/智慧建築、健康和資產追蹤等應用,不一而足。模組化的方案包括制式的開發工具,並在必要時預先通過任何相關國際監管標準和協議要求的認證尤為重要。 Sigfox幫助聯接 挑戰IoT普及 聯接是最具挑戰性的領域之一,視每一應用的特定性質而定,許多協議或多或少都是相關的。Sigfox具備內建基礎設施(Built-in Infrastructure)和遠端聯接(Long-range Connectivity),已成為最有用的協定之一。然而,對於許多潛在的IoT方案設計人員,Sigfox是個新的技術領域,因此,易於採用是IoT普及的關鍵。 共有超過310億的設備聯接到IoT。這些設備為世界各地的消費者和商業用戶帶來了巨大的變化。在家裡,自動照明控制節省能源和提供安全,而遠端門鈴支援用戶從地球上的任何地方「回家」。 在企業中,可以監控工廠或其他設施的每一個細節;這些資料將前所未有地提高營運效率。經營偏遠地區設備的企業可以從舒適的辦公室監控工作,進而減少定期視察的費用。隨著資料分析、即時監控、預測維護和其他高價值主張的加強,正在實現IoT的總體效益。 尺寸精巧度再提升 然而,要使這些IoT設備具有如此方便和利於攜帶的特性,如它們的小尺寸、互聯功能和遠端運用能力,也給設計人員帶來了巨大的挑戰。 雖然這些設備物理尺寸小,能部署在有限的空間裡,但是IoT節點需要包含大量的功能。通常,這將用於管理系統和處理資料的微控制器(MCU)、各種類型的感測器(取決於要測量或監測什麼)以及加密技術,以確保安全儲存和傳輸任何敏感性資料。電源也是必需的,雖然許多IoT設備都部署在家庭、辦公室或工廠,通常有電源可供運用,但為了方便,許多設備使用電池供電。當然,在沒有電源的偏遠地區使用的所有IoT設備都是以電池供電的。 電池有尺寸上的限制以及可用的電量有限,意味著設計人員為了確保沒有浪費一點寶貴的電量,在選擇和運用小的、超低功耗元件、開發精密的電源管理演算法的時候,將有許多重大的挑戰要克服。 節點聯接IoT 通訊介面至關重要 IoT設備的另一個挑戰是提供通訊介面,這對於聯接節點到IoT至關重要。這是個相對專業的領域,設計人員面臨的關鍵挑戰是從現有的巨大範圍中選擇最合適的協議。其中一些協議是非常專門的,適用於非常特定的應用,而另一些協議,如藍牙和Wi-Fi,則被廣泛運用,但僅適用於短程應用。 直到最近,蜂巢式行動科技(Cellular Technology)仍是其他短程無線技術(如藍牙)所無法達到的聯接節點的唯一可用方法。然而,蜂巢式行動科技專用於語音和高資料傳輸速率通訊(High Data Rate Communications),這使得它相對耗電,因而不適合IoT所需和依賴的簡單機器對機器(Machine-to-Machine, M2M)通訊。 Sigfox具低功耗/遠距離/低資料傳輸速率 Sigfox是一種蜂巢式移動系統(Cellular-style System),它為遠端聯接的設備,特別是IoT節點提供低功耗、遠距離、低資料傳輸速率和低成本的通訊。針對簡單的M2M通訊,Sigfox網路能夠支援的聯接遠大於簡單的低功率發射器能夠獨立達到的距離。該網路採用超窄帶(Ultra-Narrow Band, UNB)技術,支援低發射功率同時保持穩固的聯接。 igfox可說是適用於任何IoT應用,它幾乎沒有什麼限制,使應用不須要每天發送超過140個12位元組的消息,並且可以接受每秒100位的無線傳輸量,因此Sigfox提供一個可靠、低功耗、低成本的聯接方案。 然而,與藍牙等無所不在的通訊協議不同,與Sigfox相關的技術專業知識被認為是相對小眾的。這對設計工程師設計和實踐一個成功的、基於Sigfox的通訊介面構成了一條陡峭的學習曲線,對尋求解決遠端IoT市場的公司造成了一道技術門檻。 模組化Sigfox方案 消除技術設計障礙 安森美半導體積極投入該領域,最近推出了可程式設計的Sigfox RF收發器系統級封裝(System in Package, SiP),整合先進的RF系統單晶片(System-on-Chip, SoC)與所有必需的外部元件(包括一個TCXO),進而使簡化和縮短設計認證流程成為可能。 AX-SIP-SFEU SiP提供開箱即用的、設備到雲端的Sigfox聯接,包括使用Sigfox LPWAN通訊的遠端IoT應用上行和下行鏈路。該SiP把一個Sigfox無線電IC、分離式的RF匹配元件、所需的所有被動元件及韌體整合在單個封裝中。由於該方案已預先通過CE認證,並經Sigfox認證,採用安森美半導體的技術解決方案,設計人員有把握實現一個高品質、全整合的完整方案。 該微型的7mm×9mm×1mm、統一塗層保護膜封裝,確保AX-SIP-SFEU可部署在空間受限的遠端IoT應用中。該元件其實是世界上最緊湊的、Sigfox認證的方案,確保設計人員能夠克服設計遠端IoT節點所面臨的物理空間挑戰。微型尺寸特別適用於可穿戴裝置、資產追蹤標籤或任何需要小Sigfox方案的應用。 使用AX-SIP-SFEU還能顯著減少電源相關的問題,因為超低功耗設計結合了待機、睡眠和深度睡眠模式,以便在不須要傳輸時省電。這些模式分別只需0.55毫安培、1.2微安和180奈安的電流,使該元件可由鈕扣電池(CR2032)供電。或者,可以使用能量採集技術,無需任何電池、管理或更換。 任何無線電設計中(尤其是第一次設計時)最令人刮目相看的一面,就是獲得認證。AX-SIP-SFEU SIP經Sigfox認證用於RC1區域網路,表示它已通過認證,符合標準的RF和協定規範,進而確保了互通性。此外,該元件已獲CE認證,證明其符合歐洲經濟區內銷售產品的衛生、安全和環保標準。 雖然IoT提供了許多好處及機會,但節點小而且複雜的性質給設計工程師帶來了巨大的挑戰。他們不僅必須滿足物理尺寸限制和處理低功耗的要求,還必須確保設計中所含的RF通訊符合國際標準,這增加了設計流程的時間、成本和風險。尤為重要的是,對於要遠距離無線聯接的遠端設備,需要比蜂巢式移動網路更具性價比的方案。 透過運用預先認證的、超微型、超低功耗模組如安森美半導體的AX-SIP-SFEU,設計人員現在能夠設計IoT節點,有把握能輕易和幾乎零風險地實施預認證的RF通訊系統,進而消除IoT設計的一個重大技術障礙。 (本文作者為安森美半導體無線互聯方案經理)
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儒卓力提供高性能柔性LTE天線

電子商務平台Rutronik24提供由伊索泰克電子有限公司(Ethertronics)生產的1002289天線,能夠用於多種無線技術。這款天線具有寬頻調諧功能,因此適用於多個國際LTE頻段,以及LoRa或Sigfox等低於1GHz的技術。它使用柔性基材製造,可以輕易整合到系統中。 這款嵌入式天線的覆蓋頻率範圍包括698到960MHz(低頻段)和1710到2690MHz(高頻段),能支援全球範圍的所有當前LTE標準,並且與舊版相容。它重量僅為0.86g,尺寸為53.6×25.1×0.2mm,採用標準天線概念,因此免除了客製化解決方案帶來的設計費用和週期時間。 除此之外,1002289天線還整合了U.FL相容連接器、50Ohm波阻抗和線性極化。與伊索泰克的所有其他產品一樣,該天線符合最新版本RoHS標準。 由於該天線支援所有建基於LTE的窄頻頻率,因此是節能物聯網(IoT)應用的理想解決方案,包括家庭自動化、智慧計量及跟蹤。其他目標市場包括醫療、工業、銷售點管理系統(POS)和機器對機器(M2M)解決方案等。
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ST推超低功耗工業資產管理方案

意法半導體(ST)是開發、銷售經過相關產業標準認證的全球無縫接入、超低功耗、遠距離無線連網解決方案,並支援全球領先物聯網服務供應商Sigfox的Monarch全球追蹤和定位服務的晶片製造商。   意法半導體解決方案讓使用者可創建與區域無關的智慧連網產品,在任何地方能夠自動連結至Sigfox網路,進而使用跨區域行動、地理定位和資產追蹤功能,而毋須依賴相較昂貴的GPS或GNSS定位設備。這些產品包括在機場或交通樞紐中提供輔助追蹤功能的智慧包裹或供應鏈管理,以及工業資產管理市場空運或鐵路運輸的創新設備,例如,智慧托盤。與區域無關特性還讓消費性電子產品或商用連網設備等智慧連網產品商統一出口多個市場的產品標準,進而簡化製造過程和物流管理。   意法半導體類比元件、MEMS和感測器部總裁Benedetto Vigna表示,Sigfox廣泛覆蓋全球的網路可以為遠端監視和工業資產管理提供全球連網服務。立即可用的解決方案支援Sigfox Monarch網路,完善了意法半導體現有的物聯網生態系統,為開發人員提供一個上市最快的連網解決方案,讓意法半導體的客戶可以快速研發具備高成本效益、安全、即時連接的全球無縫追蹤定位之新產品,方案本身還附有遠距離傳輸和超低功耗的優勢。
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