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物联网无线通信技术,你了解多少?

2020-03-26 10:20:40 480

近几年,物联网技术与应用服务快速发展。物联网一种互联网服务的延伸,让一般物体支持网络功能,并且形成物体与物体之间互联网络,规模大小可能从数个物体之小型物联网,大到上万或上亿个物体之物联网。

物联网除了可以采用有线网络外,一般会以无线通信网络为主,应用层面从环境监控、智能工厂、智能交通、智能家居、智能农业、健康医疗、智慧生活…等,到处都可以看到物联网应用服务。

智能物联网架构一般可以分成感知层、网络传输层、应用服务层。感知层是物联网架构中最底层,是指感知技术与感知组件,例如:温度感测、压力感测、震动感测….等;网络传输层是指物体与物体通讯及网络互连技术,例如:NB-IoT、LoRa、Zigbee、Bluetooth….等无线通信技术;应用服务层是物联网应用服务,其中包含信息储存、管理与分析技术,例如:网页技术、数据库技术、大数据分析与云端运算。

物联网无线通信技术

如果以物联网网络传输层来看,近几年有许多针对物联网应用之无线通信技术被发展出来,常见物联网无线通信技术有NB-IoT、LoRa、SIGFOX、Zigbee、WiFi、Bluetooth、NFC…等。

2018年电信业者已陆续开放NB-IoT商用服务。NB-IoT(Narrow Band -Internet of Things) 是NB-CIoT和NB-LTE两种标准的结合,是3GPP R13阶段LTE的一项重要增强技术,网络可以直接部署在现有2G/3G/4G网络,具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优…等特点。虽然NB-IoT技术被提出的时间比较晚,但近一年在全世界发展速度非常快,其中主要关键是电信业者可以不必重新布建基地台,透过在现有4G基地升级就可以提供NB-IoT服务,大幅降低电信业者建置服务的成本。

LoRa(Long Range)是一种低功耗广域网(Low PowerWide Area Network,LPWAN)通讯技术,Semtech公司于2013年发布的超长距离低功耗数据传输技术。以往,在LPWAN产生之前,似乎只能在远距离以及低功耗两者之间做取舍。而LoRa无线技术的出现,改变了关于传输距离与功耗的折衷考虑方式,不仅可以实现远距离传输,并且同时兼具低功耗、低成本的优点。LoRa的传输距离范围为15至20公里,低功耗的特性延长了电池使用寿命,免牌照的频段、基础设施以及节点/终端的低成本。

SIGFOX也是一种低功耗广域网(Low PowerWide Area Network,LPWAN)通讯技术。SIGFOX台湾地区、新加坡营运商台湾优纳比(Unabiz)于2017年获得NCC核发“互联网接取一般二类电信执照”,目前SIGFOX在台湾的合作伙伴包括中兴保全、Obike等50多家厂商,未来可望能发展更多物联网应用。

除了以上三种低功耗广域网外,常见的低功率短距离物联网无线通信技术还有Zigbee、WiFi、Bluetooth、NFC…等,其中Bluetooth 5.0在2016年6月被宣布,更针对物联网进行许多底层优化。

物联网网络地址需求

无论物联网应用服务选择那一种无线通信技术,最重要还是将面临物体装置(物联网节点)地址不足问题,尤其面对上万个或上亿个物体装置,好的寻址方案将可以降低网络网网络互连之复杂度与维护管理成本。

由于互联网版本4(IPv4, Internet Protocol version 4)地址空间有限,因此许多寻址方案常会采用NAT(Network Address Translation)IP地址分享之解决方案。然而,NAT会破坏网络互连透通性,因此对于数据双向传输需求之物联网应用,将会产生双向互联问题。虽然目前有其他解决方案可以处理NAT透通性问题,但却会提高网络复杂度与维护管理成本。

互联网版本6 (IPv6, Internet Protocol version 6) 是下一代互联网协定,它被设计用来替代当前互联网IPv4,地址长度由32位提升至128位,IPv6地址空间多达2128个地址。因此,IPv6可以直接解决物联网面临之地址不足问题,并且保持网络互连透通性,物体装置可以进行任何形式之双向联机。

结论

对于物联网应用服务不断推陈出新,无处不在的连接和控制是物联网的基本要素与主张,在物体装置与物体装置之间,如何有效率地进行网络传输,提供无缝的通信连接,这将是物联网必须克服的挑战。

从全球来看,移动网络将在2016年至2021年期间支持约40亿个新的移动连接设备和连接。因此,对于物联网应用发展,与IPv4各种解决方案相比,IPv6仍是目前最佳的解决方案,IPv6能够降低网络互连复杂性和成本;相信未来物联网应用趋势,IPv6在新一代通讯协议中将扮演重要的角色。

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