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如果生活中没有无线技术...

时间:2019-09-02 作者:Anthea Chuang 阅读:
能想象,如果这世界没有无线技术,现在的生活会是如何?若要现今的人们回到过去没有无线通信技术的日子,你愿意吗?

能想象,如果这世界没有无线技术,现在的生活会是如何?若要现今的人们回到过去没有无线通信技术的日子,你愿意吗?GsGEETC-电子工程专辑

相信,你一定不否认,现在的生活比起过去的日子方便太多了,而这些便利甚至智慧生活的基础,如果没有无线技术加持,现在你大概不会看到“智慧生活”、“智能城市”、“智能工厂/工厂自动化”、“智能/远程医疗”,以及“物联网(IoT)”、“车联网”…等词汇充斥周遭。GsGEETC-电子工程专辑

更甚者,现阶段各产业都想仰赖的人工智能(AI)、机器学习(ML)技术,也都需要无线通信技术的支持,才能收集到所需的巨量数据,供算法分析并理出可训练学习的有用信息,可以说无线通信技术是大大改变人们生活方式的关键之一。GsGEETC-电子工程专辑

事实上,无线技术可谓“族繁不及备载”,在各类、各种世代的无线技术不断的演进之下,以及各式各样的无线通信技术也各有其“安身之所”,大众才能不断地将周遭变得越来越进步及智慧化。在TechTaipei 2019迎接智慧时代双论坛中,与会的讲师们即为参与的学员讲述了目前各类无线通信技术的发展,以及其所打造的各种创新应用。GsGEETC-电子工程专辑

5G发展速度超乎预期

目前最受瞩目的通讯技术之一,5G通讯技术当之无愧。诺基亚(Nokia)技术总监陈铭邦表示,从GSA的报告可以看出,直至2019年7月,已有4家芯片供应商推出5G相关芯片;9家手机制造商推出支持5G技术的智能型手机;39家5G 使用者设备(UE)供应商推出5G相关产品…等;再加上,5G标准底定到终端产品问世仅花短短1年的时间,可预期5G世代的来临会比想象中来得快。GsGEETC-电子工程专辑

目前5G通讯应用方面仍以强调上网速度较过去行动技术更快的增强型行动宽带(eMBB)为主,接下来会进展至提供超可靠低延迟(uRLLC)应用,最后才是大规模机器类型通讯(mMTC)应用。陈铭邦解释,5G与4G相比,根据技术的特性,都各有其所谓的应用“铁三角”,这三块发展都会根据技术本身的规划,循序渐进地实现。GsGEETC-电子工程专辑

尤其5G技术被市场赋予的的“野心”很大,希望能够将其应用从之前4G强调的影音串流、语音通话,进化到可以涵盖更多领域,如智能制造、智能医疗、智能城市…等各方面。再加上5G技术除了传输速率成倍提升的特性外,超低延迟、支持大量机器间的通讯(即M2M),使得其本身技术门坎加高许多,也因此5G应用铁三角需时间一一实现。而3GPP也正加紧制订相关技术规范,例如Release 16即是针对对低延迟特性需求高的工业相关应用所制订,3GPP预计在明年冻结Release 16技术规范细节,以供芯片商进行产品研发。GsGEETC-电子工程专辑

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4G及5G通讯技术应用发展蓝图。(数据源:Nokia)GsGEETC-电子工程专辑

无线技术打造物联网各式应用

物联网(IoT)应用与市场发展持续进行中,而要实践物联网应用短距、长距无线,以及有线技术须相互搭配,才建置一个顺畅无碍的物联网通讯架构,进而以此架构打造物联网相关应用。Silicon Labs资深工程师林仕文指出,一般来说,无线短距技术包括蓝牙、Zigbee、Z-Wave、Thread、Proprietary与也可归为中距离无线技术的Wi-Fi;长距离无线通信技术则是包含5G、NB-IoT、LoRa、Sigfax等;有线技术即以太网络、光纤、xDSL等。这些技术各有优势,端视物联网应用所需而被采用、组成完整的网络。GsGEETC-电子工程专辑

不过,在物联网应用通讯最前端的短距无线技术,由于要连结较多的节点、增加网络涵盖范围、省电、稳定传输与更短回复时间,促使网状(mesh)网络架构成为大势所趋。因此除了已具备网状网络的Zigbee、Z-Wave、Thread技术之外,蓝牙近期也已推出网状网络技术架构。林仕文说明,蓝牙的网状网络结构与传播方式较相对成熟的Zigbee技术稍有不同,蓝牙网状网络是将信息全部洒向所有的节点,不须执行路由表(routing table),优点是可增加信息传递机率,缺点则是会浪费网络资源。GsGEETC-电子工程专辑

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蓝牙、Zigbee、Thread网状网络比较。(数据源:Silicon Labs)GsGEETC-电子工程专辑

另一方面,除了网状网络架构渐成趋势外,依物联网应用需求“混搭”各种无线或有线技术,也已成为市场发展重点。德州仪器(TI)资深应用工程师暨科技委员林忠衡指出,单一无线技术并无法满足物联网应用需求,例如物联网应用需可透过手机查看或控制,则势必需要再加上蓝牙技术;若是工厂相关应用,则会需要Zigbee网状网络,再透过sub-1GHz技术将传输范围进一步扩大,或利用以太网络将数据传输至控制中心。GsGEETC-电子工程专辑

过去,单一无线技术需要单独的微控制器处理通讯协议,搭配无线技术收发器,应用需要几种技术就需要几颗芯片,这对厂商来说可能需要支付更多成本,因此芯片业者听到市场需求之后也研发了单一芯片中整合多项无线技术标准的产品。甚至可如同乐高积木一般,在固定的硬件底层基础上,堆栈所需的无线技术,以节省成本及开发时间。林忠衡认为,无线技术的开发最大的痛点是不同无线芯片供应商有不同的软件与开发工具。对终端产品制造商来说,开发整合不同无线技术的产品,意味着需要了解不同芯片供应商的开发环境,会大大影响产品上市时间,因此芯片业者也顺势在产品中整合开发软件,协助业者顺利度过产品开发阵痛期,还能因应物联网少量多样的市场需求,快速推出因应不同需求的无线终端产品。GsGEETC-电子工程专辑

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多标准无线芯片应用大宗。(数据源:德州仪器)GsGEETC-电子工程专辑

目前透过各种短距无线通信技术,或是内建多样无线技术芯片的物联网应用已开始萌芽。举例来说,串云科技即利用德州仪器的产品打造出使用蓝牙5技术的追踪定位发射器,该公司技术长陈绍俊介绍,透过蓝牙5技术打造的追踪定位发射器,可以接收来自智慧居家中的灯具、窗帘、空调…等装置或是个人随身物品的信息,透过手机即可控制或查看。而此追踪定位发射器还能用于医疗照护上,例如追踪失智老人的状况,且由于装置小、成本低、省电,可进一步提高使用者的使用意愿。GsGEETC-电子工程专辑

802.11ah延伸物联网应用广度

Wi-Fi技术在物联网应用中所扮演的角色,大多是负责与手机通讯,或是让节点的数据可透过网关网后端传送,但这里所提到的Wi-Fi,大多是市场所熟知的802.11a/b/g/n,或是统称为Wi-Fi 6的802.11ac技术。Newracom全球业务营销副总裁林琮闵表示,物联网的无线技术中有较大比例是专有技术,使得网络扩展受到限制,如低功耗广域网(LPWA)技术构成的传感器网络;且物联网无线技术仍处百家争鸣状态,未有统一性标准;再者网络传输速率有限也会降低网络使用效率,影响物联网应用的扩展性。有鉴于此,802.11ah HaLow应运而生。GsGEETC-电子工程专辑

802.11ah HaLow技术与使用2.4GHz和5GHz频段的传统Wi-Fi网络相比,该技术使用750~950MHz频段,可让Wi-Fi网络讯号覆盖范围更进一步扩大,并使其可在室外行进间传输信息。不仅如此,HaLow一改传统Wi-Fi技术较耗电的问题,具备低功耗特色,可望将Wi-Fi技术扩展到电池供电产品领域。林琮闵补充,HaLow在室内传输穿透力也较传统Wi-Fi提升不少,这是由于该技术在低于1GHz的频段运作,因此讯号较能穿透墙壁和其他物理屏障,种种优势加持下,因此HaLow可视为传统Wi-Fi在物联网应用中的补强技术。GsGEETC-电子工程专辑

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物联网通讯标准比较。(数据源:Newracom)GsGEETC-电子工程专辑

现阶段IEEE 802.11ah适用的物联网应用包括家庭自动化、智能电网、智能城市、商用无人机、穿戴式装置和低功耗传感器。林琮闵指出,目前已有超过85家厂商成为IEEE 802.11ah支持者,致力打造HaLow技术完备的生态系统。ABI Research并预期,到2022年,内建HaLow芯片的装置在智能家庭、网络和其他物联网应用的出货量将可超过5,000万台,而结合传统Wi-Fi 技术,不仅可以带动市场对HaLow技术的接受度,也能进一步为物联网应用提供完整的无线网络方案。GsGEETC-电子工程专辑

安全性为一切之首

只要牵涉到网络,系统或产品需要连网,就会衍生出对网络攻击的疑虑与担心。恩智浦半导体(NXP)市场营销资深经理苏士维表示,网络攻击技巧不断在进化,甚至可以利用购买的方式进行商业攻击,而物联网应用中很难不使用网络技术进行数据传输,以至于网络安全议题也相当被重视。GsGEETC-电子工程专辑

为尽可能杜绝网络攻击的问题,如今有许多企业所研发的物联网产品皆被要求需要内建安全芯片,且欧盟也针对网络及数据安全提出GDPR规范。苏士维指出,物联网的四个安全指标包括诚信、可靠性、可用性与保密性,安全芯片的研发也须从这四个角度出发,才能有效遏止网络攻击,并将影响降到最低。不仅如此,设计安全芯片时,需要考虑使用状态,并从整个生态系统,以及其他包括政治等相关问题去考虑,不是如芯片自我保护功能、安全信道建立等相关技术到位,或是通过相关认证即可。更何况,业者比须认清一点——并非在装置中加了安全芯片就能确保绝对的安全,而是达到相对的安全性。GsGEETC-电子工程专辑

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物联网设备安全功能源自物联网数据要求。(数据源:NXP)GsGEETC-电子工程专辑

物联网应用中,加入安全芯片的相关应用已越来越多。品佳集团TME事业处经理黄宸靖举例说明,智能电子锁关系着进出人员的管控,身兼建筑物“保全”的部分功能,且电子锁也会与手机或行动装置连接,以更改密码或透过手机控制、更新,因此会很需要内建安全组件,提升其安全性。GsGEETC-电子工程专辑

无线技术不仅为人们在沟通上带来新的方式,也为人们创造了一个更智慧、便利的生活。也许在此背后衍生出一些隐私与安全的疑虑,但随着科技与电子组件技术的进展,也可望能一一解决。GsGEETC-电子工程专辑

本文授权转载自EETTAIWANGsGEETC-电子工程专辑

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Anthea Chuang
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