智慧城市等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，帶動(dòng)了低功耗物聯(lián)網(wǎng)的需求。不同的通訊技術(shù)皆有其優(yōu)劣勢(shì)，必須將適當(dāng)?shù)募夹g(shù)導(dǎo)入在適當(dāng)?shù)膽?yīng)用才能達(dá)到最高效率。近年來(lái)亦有廠商提出支持多通訊協(xié)議的產(chǎn)品，讓開(kāi)發(fā)者設(shè)計(jì)更靈活。

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的各種應(yīng)用正在擴(kuò)大發(fā)酵中，像是智能家居、智慧交通、智慧建筑、智慧零售等等相關(guān)應(yīng)用的發(fā)展都非常火熱。這些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，也帶動(dòng)了低功耗物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，像是NB-IoT、LoRa、Sigfox以及藍(lán)牙。低功耗傳感器與微控制器(MCU)的需求也正在快速攀升中。因此，相關(guān)組件開(kāi)發(fā)商也開(kāi)始積極投入新產(chǎn)品研發(fā)，希望促成更多智慧聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

全球運(yùn)營(yíng)商積極布建NB-IoT

在眾多通訊技術(shù)之中，NB-IoT由于其數(shù)據(jù)傳輸量低、數(shù)據(jù)安全性高、可靠度高較無(wú)噪聲等特性，成為物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)。

圖1 資策會(huì)智能系統(tǒng)研究所總監(jiān)陳仕易指出，NB-IoT由于其安全性高等特性，成為物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)。

目前NB-IoT在歐洲運(yùn)營(yíng)商Vodafone、Deutsche Telekom以及中國(guó)電信業(yè)者的大力推動(dòng)下，2018年將加速商用，并帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)品的出貨與服務(wù)推出。由資策會(huì)MIC所提供的數(shù)據(jù)指出，在2018年預(yù)計(jì)全球?qū)⒊霈F(xiàn)超過(guò)30個(gè)NB-IoT商用網(wǎng)絡(luò)。

資策會(huì)智能系統(tǒng)研究所總監(jiān)陳仕易(圖1)指出，中國(guó)移動(dòng)已于2017年加速NB-IoT網(wǎng)絡(luò)布建，并預(yù)計(jì)在兩年內(nèi)完成40萬(wàn)個(gè)基地臺(tái)建設(shè)；另一方面，中國(guó)聯(lián)通除了NB-IoT外，亦展開(kāi)LTE-M測(cè)試，預(yù)計(jì)將在2018年商用。臺(tái)灣地區(qū)的電信運(yùn)營(yíng)商亦積極投入NB-IoT布建工作。

2018年后5G R16版本啟動(dòng)研擬

接下來(lái)，隨著5G即將商用，也成為最為受到關(guān)注的物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)機(jī)技術(shù)。然而，目前看來(lái)NB-IoT已能因應(yīng)大部分的聯(lián)機(jī)需求，未來(lái)5G技術(shù)是否能大顯身手，得看創(chuàng)新應(yīng)用是否能夠在市場(chǎng)上出現(xiàn)。

現(xiàn)在NB-IoT即將要走向5G，依進(jìn)度，2018年6月將會(huì)制定5G R15的第一個(gè)版本規(guī)格。陳仕易指出，在某些應(yīng)用情境之中，NB-IoT即能滿足需求，因此5G是否能在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地，得看是否有相對(duì)應(yīng)的新應(yīng)用出現(xiàn)。

5G能夠滿足超寬帶、低延遲、高可靠的應(yīng)用特質(zhì)。然而，亦有如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等等領(lǐng)域中的許多應(yīng)用不需要用到5G那么高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)支持。在介于NB-IoT與5G之間的許多物聯(lián)網(wǎng)通訊需求尚未被滿足，也并未納入在R15版本之中。陳仕易指出，這些尚未受到重視的應(yīng)用領(lǐng)域與相關(guān)通訊需求，將待2018年6月制定出5G R15之后討論，有望在R16版本中納入以上物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)機(jī)需求。

智慧城市促通訊需求 LPWAN應(yīng)用全球升溫中

在5G時(shí)代的智慧城市，低功耗廣域網(wǎng)(Low-Power Wide Area Network, LPWAN)帶來(lái)了許多創(chuàng)新應(yīng)用與商機(jī)。其中，LTE Cat.M1、NB-IoT皆有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之中，可以運(yùn)用不同的聯(lián)機(jī)技術(shù)。因此，隨著智慧城市話題熱議，相關(guān)通訊技術(shù)的需求也隨之增加。

圖2 優(yōu)北羅商業(yè)開(kāi)發(fā)主管黃俊豪指出，未來(lái)重要的智慧城市建設(shè)都將使用到各種LPWAN技術(shù)。

據(jù)研究單位統(tǒng)計(jì)，在2022年，全球智慧城市基礎(chǔ)建設(shè)投資金額將會(huì)達(dá)到291億美元，市場(chǎng)規(guī)模相當(dāng)可觀。優(yōu)北羅(u-blox)商業(yè)開(kāi)發(fā)主管黃俊豪(圖2)指出，智能電表、智能路燈、智能交通系統(tǒng)都將是未來(lái)非常重要的智慧城市建設(shè)。而這些基礎(chǔ)建設(shè)，也都將使用到各種LPWAN技術(shù)。

目前在全球各國(guó)已能看到各種不同的LPWAN在智慧城市中的應(yīng)用實(shí)例。黃俊豪舉例，在歐洲希臘與中國(guó)都能看到智慧路燈建設(shè)，除了可以中央控制所有路燈之外，還能夠針對(duì)實(shí)時(shí)環(huán)境需求調(diào)節(jié)燈光。

聯(lián)機(jī)技術(shù)截長(zhǎng)補(bǔ)短

黃俊豪進(jìn)一步說(shuō)明，不同的LPWAN技術(shù)皆能合作、截長(zhǎng)補(bǔ)短，Sigfox、NB-IoT、LoRa、LTE Cat.M1等等技術(shù)是可以互相搭配應(yīng)用的。在未來(lái)智慧城市的應(yīng)用之中，可以看到LPWAN有非常多元的應(yīng)用。

舉例而言，LTE Cat.M1較具有彈性的應(yīng)用空間，與傳統(tǒng)的NB-IoT相比之下能夠有更好的切換速度，讓數(shù)據(jù)傳輸不間斷。就算車輛在高速行駛之中，只要時(shí)速在300公里之內(nèi)，LTE Cat.M1的聯(lián)機(jī)都不會(huì)因高速而中斷。另外，LTE Cat.M1也支持語(yǔ)音傳輸。因此，在物流貨品追蹤或是在其他需要語(yǔ)音的服務(wù)中，LTE Cat.M1比NB-IoT更具優(yōu)勢(shì)。然而，NB-IoT雖然不能支持語(yǔ)音服務(wù)，然而以數(shù)據(jù)傳輸和省電的考慮而言，或是在地下室等訊號(hào)質(zhì)量不好的環(huán)境，NB-IoT便能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

從2017年開(kāi)始，在全世界都已經(jīng)看到許多LPWAN的商用產(chǎn)品發(fā)布，可以看到無(wú)論是企業(yè)或是政府都對(duì)于NB-IoT與LTE Cat.M1的信心與日俱增。黃俊豪認(rèn)為，未來(lái)歐洲將專注在NB-IoT的開(kāi)發(fā)，只有在瑞士、荷蘭、法國(guó)會(huì)率先開(kāi)始采用LTE Cat.M1。然而，由于LTE Cat.M1能夠在高速行進(jìn)間穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)的特性，未來(lái)也會(huì)看到越來(lái)越多電信商在NB-IoT之后，開(kāi)通LTE Cat.M1。這也是我們?cè)谖磥?lái)的發(fā)展方向。

圖3 芯科科技臺(tái)灣地區(qū)業(yè)務(wù)經(jīng)理江志良表示，在設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)臒o(wú)線通信技術(shù)是重要考慮。

多協(xié)議SoC實(shí)現(xiàn)更多應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)興起帶動(dòng)了各種無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用，不同的無(wú)線聯(lián)機(jī)技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)，能在不同的應(yīng)用場(chǎng)景之中發(fā)揮所長(zhǎng)。

因此，未來(lái)多種無(wú)線通信技術(shù)交互搭配應(yīng)用將成為趨勢(shì)，多協(xié)議系統(tǒng)單芯片(SoC)的需求將隨之提升。

市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IHS Markit估算，在2017年全球共安裝了270億個(gè)物聯(lián)網(wǎng)裝置設(shè)備，其中又以消費(fèi)性產(chǎn)品占最大宗，并且預(yù)測(cè)在2025年物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將上看730億臺(tái)。芯科科技(Silicon Labs)臺(tái)灣地區(qū)業(yè)務(wù)經(jīng)理江志良(圖3)強(qiáng)調(diào)，在此趨勢(shì)之中，無(wú)線通信設(shè)備的成長(zhǎng)幅度將會(huì)最大，并高于MCU與傳感器(圖4)。江志良進(jìn)一步說(shuō)明，在設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品時(shí)，選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)臒o(wú)線通信技術(shù)是重要考慮。而不同的無(wú)線通信技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，也皆有其適合的應(yīng)用場(chǎng)景，目前并沒(méi)有一種傳輸技術(shù)能夠滿足所有的情境需求。

因此，透過(guò)搭載多種無(wú)線通信協(xié)議的系統(tǒng)單芯片，便能夠借助各種無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更多元的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

圖4 物聯(lián)網(wǎng)所帶動(dòng)的市場(chǎng)與零組件預(yù)估值

舉例而言，藍(lán)牙雖支持聲音傳輸且能與智能手機(jī)之間有很好的連結(jié)，然而該技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)中，相對(duì)較為耗電。Zigbee則能夠做到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，非常適合使用在家庭監(jiān)控與自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域，然而該技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸量在某些使用情境之中則略顯不足。

圖5 意法半導(dǎo)體產(chǎn)品營(yíng)銷工程師莊維燾指出，ST在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的產(chǎn)品規(guī)劃中，亦有結(jié)合長(zhǎng)距離與短距離傳輸?shù)漠a(chǎn)品。

透過(guò)多協(xié)議的交互運(yùn)用，可以有效提升使用者體驗(yàn)。江志良以智能家居為例說(shuō)明，現(xiàn)代人手機(jī)不離身，智能門鎖可以利用手機(jī)常見(jiàn)的藍(lán)牙聯(lián)機(jī)來(lái)解鎖開(kāi)門；同時(shí)，當(dāng)使用者進(jìn)入家門之后，智能門鎖可以透過(guò)Zigbee與燈具設(shè)備聯(lián)機(jī)，就能夠以智能手機(jī)做到燈光的控制。而在系統(tǒng)更新時(shí)，則可使用藍(lán)牙聯(lián)機(jī)達(dá)到較快速的數(shù)據(jù)傳輸速度。

意法半導(dǎo)體(ST)產(chǎn)品營(yíng)銷工程師莊維燾(圖5)亦指出，ST在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的產(chǎn)品規(guī)劃中，亦有結(jié)合長(zhǎng)距離與短距離傳輸?shù)漠a(chǎn)品。

除此之外，如Amazon Alexa、Google Home、Apple Homekit等等生態(tài)系的崛起，也加強(qiáng)了多協(xié)議系統(tǒng)單芯片的需求。面對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景與生態(tài)系的崛起，眾廠商與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者對(duì)于多種聯(lián)機(jī)技術(shù)的綜合應(yīng)用需求上升。透過(guò)單芯片多協(xié)議的支持，能夠有效協(xié)助開(kāi)發(fā)者將成本降低；同時(shí)，亦能夠在設(shè)計(jì)過(guò)程中降低兩種無(wú)線通信之間的干擾問(wèn)題；另一方面，也能藉此簡(jiǎn)化周邊線路，以縮小設(shè)備體積。