简析无线通讯协定，谁才是物联网下的宠儿？

在设计物联网(Internet of Things, IoT)装置与系统时，可选用许多种不同的无线通讯协定来实现与云端间的通讯。在众多选择中，可以根据其有效覆盖范围、传输距离与资料速率等各项能力，判定适用于特定应用的最佳选择。

时至今日，在设计物联网(Internet of Things, IoT)装置与系统时，可选用许多种不同的无线通讯协定来实现与云端间的通讯。虽然蜂巢与无线区域网路正在不断演进，以满足物联网应用需求，但仍有许多新兴技术锁定该类应用，使得技术选择不断增加。在众多选择中，可以根据其有效覆盖范围、传输距离与资料速率等各项能力，判定适用于特定应用程式与情况的最佳选择。

物联网市场需求大各类技术纷纷涌入

对应用开发者而言，评估无线通讯技术是否适用的一项最重要考量就是传输距离。许多装置会使用含有宽频连线的闸道将资料传输至云端，或从云端撷取资料。若应用架构中有闸道器存在，便能够使用传输功率较低的短距通讯协定。在多数情况下，部署闸道器可能太困难或因为成本太高而难以实现，例如，若将一组感测器部署于开放水域的大型水库或列车轨道沿线，便会因为感测器节点过于分散而难以利用闸道进行传输。

现今，此类高度分散的感测器与量表若非使用千兆赫以下(sub-GHz)的免执照频段中的蜂巢连线，就是使用专属通讯协定进行连线，例如868MHz。此领域正经历着重大的变革，原因是因为市场需要能成功导引物联网的标准以及电讯业者的策略性变更。当电讯业者寻求最大化自己已获授权的频谱配置时，市场也希望他们能将现有的千兆赫以下全球行动通讯系统(GSM)网路切换为支援长程演进计画(LTE)网路，因为这些新一代通讯协定的频谱效率较高。

为支援机器对机器(Machine to Machine, M2M)与物联网通讯的成长需求，各家厂商纷纷提出数项以LTE为基础的蜂巢协定。短期来说，Cat-M提供一种较简洁的LTE形式，适用于物联网装置，提供多达1Mbit/s的资料速率，并可存取已普及化的蜂巢网路。

然而，在未来的2或3年内，第三代合作伙伴计画(3GPP)定义的窄频物联网(NB-IoT)将可能为物联网应用提供更妥适的网路支援，有助于降低装置与营运成本NB-IoT使用约200kbit/s的较低资料率，并在难以存取的位置，例如埋在地底下的仪表，有更好的网路存取性。

窄频物联网兴起LoRa/SIGFOX被看好

LoRa和SIGFOX主要在免执照的频谱中运作，提供蜂巢以外的收发器设计和定价模式选择。现今的电讯业者皆根据资料使用量进行收费，而支援免执照频段的商务营运商则可采用固定费率的模式，低至每年每台装置1元的水平。

LoRa是由Semtech所开发的技术，透过自己的网路基地台以及挑选新创的商务营运商，为物联网使用者提供丰富的网际网路存取选择，借以提供良好的控制性，而且有可能降低成本。其中，LoRa网路在阿姆斯特丹仅花约6周就利用群众外包(Crowdsourcing)建设了The Things Network，世界各地城市也可以重复这种模式。

微芯(Microchip)与意法半导体(STMicroelectronics)以及Semtech的装置均支援LoRa技术，发射频率距离可达约10公里，因此在用于埋在地底下的装置例如停车收费表和水表时，相较于传统无线电系统具有优势。对于来自其他免执照频段使用者干扰的抗性，则可透过展频调变方式改善，资料速率范围从300bit/s至50kbit/s，与现有的整体封包无线电服务(GPRS)连线类似。

另一方面，SIGFOX采用超窄频发射技术来限制功率，在郊区环境可达到50公里的发射距离，且资料速率范围为10bit/s至1kbit/s之间。不同于其他多数的通讯协定，SIGFOX是单向的链路。此链路可用最小化物联网节点的耗电量，因为无须唤醒射频(RF)收发器以及长时间接听传入的通讯，但是，此链路的限制是无法使用传统SIGFOX收发器远端来更新节点中的软体，因此须要使用另外一个无线电发射器进行更新。

然而，专为免执照的工业、科学与医疗(ISM)频段所设计的一些射频收发器，能处理相对简单的SIGFOX发射需求。已宣布使用SIGFOX为物联网提供连线能力的解决方案供应商包括安森美(On Semiconductor)与其AX-SIGFOX单晶片解决方案，以及销售自家生产SmartEverything开发板的艾睿电子(Arrow Electronics)适用于物联网与M2M应用的Arduino大小尺寸的原型开发平台。

受惠免持照频段IEEE 802.15.4看俏
对于由闸道支援的短距通讯，2.4GHz的免执照频段已成为了无线网路连线的首选。蓝牙(Bluetooth)与Wi-Fi皆使用2.4Ghz频段，这个频段也提供频谱以供专为物联网设计的通讯协定使用，例如6LoWPAN与Thread。6LowPAN、Thread与ZigBee和Wireless HART皆以美国电子电机工程师协会(IEEE) 802.15.4标准为主要基础。