【Arm 專欄】決定物聯網裝置連接的五個關鍵思考

在考慮物聯網的發展方向,以及各種應用在不同類型網路上處理的問題時,值得花點時間研究一些營運商和私人網路的背景知識,並注意一些需要記住的事情。
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智慧電網為 IoT 最早的大規模應用案例之一,為現今無線電網路替代方案的格局提供了一個切入點。與智慧電網最密切相關的應用之一是智慧電錶基礎建設 (Advanced Metering Infrastructure),通稱 AMI。

由於智慧電網運作所需的嚴格要求以及商業案例的限制,常見替代方案被認為並不完全足夠,因此 AMI 成為第一個大規模的私有機器對機器 (machine-to-machine) 無線電網路,擁有數百萬個單網路 (single-network) 部署在 2010 年代變得司空見慣。

從滿足 AMI 要求中獲得的經驗延伸到了其他智慧電網的應用中,分配自動化和需求端管理就是這樣的兩個例子,都是針對廣泛的使用案例。這種可延伸性為其他網路應用提供了一個重要的證明,即尋求一種標準化方式來實現比其他替代方案更高的性能和更低的成本,同時也為尋求創新市場管道的應用提供了一個方向性指標。

隨著添加互聯裝置的趨勢加速發展,成為我們現在稱之為「物聯網」的現象,對滿足特定用例要求的替代方案的需求一直都存在。由於與在孤島中建立特定用例應用相關的業務和技術問題持續增加,智慧電網依據的標準一直在不斷演變,以滿足無線電網路應用的需要。

以現在蓬勃發展的智慧城市應用為例。這些應用本身往往成本高昂,並且面臨著智慧電網所面臨的覆蓋範圍、資料速率、發射塔覆蓋範圍等技術問題,因此智慧城市也試圖建立標準化替代方案來引爆市場。

這讓我們想到——在現今的物聯網中,對營運商而言,為實現案例而對新技術進行的投資水準,私人網路是否可發揮其作用?

在考慮物聯網的發展方向,以及各種應用在不同類型網路上處理的問題時,值得花點時間研究一些營運商和私人網路的背景知識,並注意一些需要記住的事情。

當涉及到營運商服務時,要考慮到三個重要的因素:資料傳輸速率、裝置範圍和允許的無線電輸出功率。營運商服務的範圍包括資料傳輸速率很低的服務,如窄帶物聯網 (NB-IoT) 或 2G 和 3G 等傳統服務,以及目前廣泛部署的高頻寬 LTE/4G 和正在部署的超高頻寬 5G。甚至還有 Category 1 LTE 這樣的中間業務,它們使用 4G 基礎設施來提供中等頻寬的資料服務。

在您所在地區提供這些服務的每個營運商都為其提供的每項服務定義了覆蓋區域、頻寬分配、定價和計畫的使用壽命。例如,我們目前看到,在許多服務領域和地區,使用 2G 或 3G 服務的裝置發現自己需要升級或更換裝置,因為用於提供這些網路的無線電頻譜正在被重新設計,現有的數據機已經不能用於新的服務。

除了向營運商購買連接服務,還有一種替代方案是建立自己的私人網絡。有多種技術可供選擇,其中 WIFI、LoRaWAN 和 Wi-SUN 最為有名。讓我們依次討論每種替代方案,並分別考慮各自的屬性。

WiFi 可以提供高頻寬連接,但只能在有限的區域使用,或者在長距離時使用專門的天線和裝置。高資料傳輸速率、高功耗和低傳輸範圍是需要記住的三角關係。

LoRa 使用的功率確實很小,但連接提供的是低資料速率的低頻寬,而且每個裝置必須直接連接到一個閘道,由於覆蓋範圍非常有限,閘道必須靠近終端裝置。許多考慮因素,比如雙向通信或裝置的固件無線升級,都非常具有挑戰性,特別是在裝置通過電池供電的情況下。低資料速率、低功耗和低傳輸範圍是 LoRA 的共同特點。

Wi-SUN 網路中的裝置會自組織成一個網格 (mesh)。這意味著網路連接的覆蓋範圍可能比每個裝置直接連接到閘道或塔式基礎設施的系統要廣得多。每個裝置都與周圍的其他裝置共用其閘道連接。Wi-SUN 在其三角關係屬性中提供中等資料速率、低至中等功耗和高傳輸速率。對於串流高畫質影片等應用來說,沒有頻寬容量,但對於許多公共事業和智慧城市應用來說,比如讀取水電錶資料、控制路燈、監測交通燈或收集部署在現場的公共事業或城市基礎設施裝置的運行資料,Wi-SUN 優越的覆蓋模式(比如繞過拐角、進入建築物,以及與幾乎所有覆蓋區域聯網)就具有明顯的優勢。 

在決定如何從當今「物聯網裝置連接」市場的各類方案中進行選擇時,有五個關鍵問題需要回答。

  1. 從您的裝置上有多少資料是需要共用的? 又需要在什麼時間內共用?
  2. 您的所有裝置是在人口稠密的地區,還是在人口密度較低的郊區甚至偏遠的農村地區?  
  3. 在需要服務的地區,蜂窩覆蓋的一致性如何?您能否指望營運商在您的應用生命週期內保持覆蓋和價格不變嗎?  
  4. 您願意在無線電的硬體上花多少錢? 
  5. 需要連接的裝置的計畫使用年限為何? 

對於問題 1,需要考慮:

大多數智慧城市應用的資料量適中,通常每天只有幾百或幾千位元組。此外,大多數應用不需要毫秒級的回應時間,幾秒鐘內完成的資料傳輸就能滿足要求。這非常適合 Wi-SUN mesh 網路。  

對於問題 2 和 3,需要考慮:

要部署的裝置的物理位置對可用的資料網路覆蓋有很大影響。如果該地區的裝置非常密集,那麼人口密度也可能很高,蜂窩營運商/行動網路的覆蓋率也就會很好。但隨著網路覆蓋率密度的降低,任何裝置都不太可能從塔式網路獲得良好的覆蓋。網狀網路 (mesh network) 的優勢就會凸顯出來,每個裝置可以共用相鄰網狀裝置的覆蓋,直到它們讀取到有外部網路連接的鄰近裝置。這大大減少了部署過程中的覆蓋消減問題。  

對於問題 4,需要考慮:

物聯網裝置中的無線電價格可能會有很大差異。影響價格的因素有很多,實際的電子產品可能不是最大的因素。蜂窩數據機通常需要營運商的特定認證,完成這些認證的成本很高。此外,很多蜂巢技術都有專利,每台裝置都要支付專利費。  

對於問題 5,考慮: 

首先考慮裝置所需要的使用年限,大多數物聯網裝置的生命週期遠遠超過手機或追蹤器 (tracker) 的使用年限。當生命週期是以年而不是以月計算時,私人網路通常是首選,因為業主決定網路的壽命。營運商的服務往往遵循手機的使用年限,可能只有幾年。一個電網基礎設施元件或一個總水管壓力閥可能要使用 20 年。 

在為智慧城市部署選擇合適的網路時,有許多因素需要考慮。技術和商業問題都需要仔細考慮。重要的是要記住,適合智慧手機或筆記型電腦的解決方案往往不是物聯網裝置的合適選擇。在做出任何重大決定之前,權衡選擇,可避免在部署過程中進一步出現潛在問題。希望上面列出的問題能幫助您從一開始就步入正軌。 

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Pelion 提供的 Wi-SUN 可以最大程度地降低公用事業網路和智慧城市的擁有權總成本。Wi-SUN Mesh 能夠滿足支援公用事業市場和智慧城市規模最大、要求最苛刻的部署。Pelion 的裝置管理服務為網路架構的 Mesh 和 VPN 端提供裝置認證,提供 DLMS/COSEM 支援、裝置升級、為網路模組和裝置提供空中韌體 (OTA) 升級,另外還提供邊界路由功能。

支援 FAN 1.0 的 Pelion Wi-SUN 協議提供了靈活性,可解鎖使用不同晶片合作夥伴平台帶來的價值。Pelion 與 Wi-SUN聯盟開展合作,共同開發標準,以提高 Wi-SUN 的市場滲透率,促進廣泛商業供應,從晶片供應商、裝置 OEM/ODM、基礎設施供應商、營運商和服務提供者,覆蓋到整個價值鏈。Pelion 的 Wi-SUN 解決方案是在國內或海外部署任何公共事業和智慧城市專案的最佳解決方案。

責任編輯:Mia
核稿編輯:Chris



洞見機會,創新未來──新創如何用雲端打出一手好牌:AWS Startup Day 7 月 15 日線上重磅回歸

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