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下一個5年,LPWAN發展力道從何而來?
 

【作者: 劉帛松】   2021年03月19日 星期五

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自2015年至今為期5年的快速發展,LPWAN如今已面臨到轉折,原有的驅動優勢不再,因此接下來必須將注意力擺在LPWAN應用,才能在下個階段發展中奪得先機。但要突破LPWAN發展瓶頸,既需要創新的應用開發平台,也需要端到端的解決方案和服務,才能讓各家企業儘快藉由LPWAN的技術與應用中獲利,邁向LPWAN的下一個5年。


在回溯「低功耗廣域網路(Low-Power Wide-Area Network;LPWAN)」的發展歷史時,很多人都將2015年作為其起步的「元年」,當時一個標誌性的事件是法國物聯網(IoT)新創企業Sigfox獲得高達1億歐元的投資,而其聚焦在「長距離、低傳輸速率、低功耗」廣域網路的獨到眼光,也讓敏銳的投資者們隨即察覺到其中所蘊含的龐大商機潛力。


之後各種LPWAN的技術便如雨後春筍般湧現。而2016年3GPP公佈了LTE-M和NB-IoT兩個技術,做為授權頻段的LPWAN標準,更是向這個市場中投入了一個震撼彈。從此之後,LPWAN領域就成了相當熱鬧的「戰場」,各種以技術和商業角度出發的拉扯不斷,而精彩的故事也不少。


突飛猛進的5年

這樣的市場熱度也轉化為推動LPWAN發展的加速度,使得這個新興領域在過去的5年中有相當顯著的進步。根據IHS的研究數據顯示,2020年全球總LPWAN連接裝置數量將超過4億,而從2017年至2023年LPWAN網路連接數量的年複合成長率預估將高達64%,總數更將達到17億。



圖1 : 全球LPWAN網路連接數量快速成長(source:IHS)
圖1 : 全球LPWAN網路連接數量快速成長(source:IHS)

各種LPWAN技術,便在這樣高速發展下,逐漸建立了自身的市場地位,做於非授權頻段的LoRa和Sigfox,以及做於授權頻段的NB-IoT和LTE-M四種技術漸漸成為主流。到2019年底,四種技術的總和已經占全球LPWAN連接設備總數的92%。其中LoRa占比最高,不過預估在2022年左右,NB-IoT便會後來居上,成為LPWAN市場的主力。



圖2 : 截至2019年,全球以LoRa、Sigfox、NB-IoT和LTE-M四種技術為基礎的LPWAN連接設備占比約為92%。(source:IoT Analytics)
圖2 : 截至2019年,全球以LoRa、Sigfox、NB-IoT和LTE-M四種技術為基礎的LPWAN連接設備占比約為92%。(source:IoT Analytics)

LPWAN的未來趨勢

短短5年之內,便取得這樣的成績,著實令人驚嘆。也因此人們便對未來發展抱持著濃厚的好奇,試圖洞察LPWAN的下一步。


根據Transforma Insights的研究報告顯示,到2030年全球LPWAN的連接總數將達到40億個,這意味著LPWAN在未來10年間,仍將以超過30%的複合增長率大步邁進。


促成這種持續且高速的增長原因之中,5G的商業應用被認為是最重要的一環。我們都知道,2020年7月,國際通信聯盟(ITU)正式核准並將NB-IoT納入5G標準,成為5G mMTC的主要組成,因此隨著5G商業應用的發展,5G mMTC將成為LPWAN連接的主力。按照Transforma Insights的預測,到2030年,以5G mMTC為基礎的LPWAN連接市場占比將超過三分之二。伴隨而來的影響,勢必也會帶動整個LPWAN領域,加速相關產業鏈的發展。


不過,這種不單單只是數量上的成長,單靠5G商業應用去帶動,顯然是不夠的,來自最終端用戶的成功應用,才更為關鍵也更具說服力,而這也正是這兩年讓LPWAN行業領域感到焦慮的地方。換言之,40億個LPWAN連接的目標很遠大,但是否如願且如期達成,還是得仰賴可靠的市場驅動力做後盾。


LPWAN發展驅動力的變化

既然提到了「驅動力」,那我們還是回過頭來分析一下,在LPWAN發展最一開始的5年之中,對其發展貢獻最大的驅動力到底是什麼?其實答案顯而易見,主要有以下兩點:


‧ 一是由於各技術標準的競爭。作為一個新興市場,發展初期因技術標準而產生的紛爭在所難免,這就需要各家標準的忠實擁護者們大力支持,並拉攏更多擁護者。


‧ 二是來自商業巨擘的「供養」。想要加速LPWAN相關供應鏈的成熟,關鍵晶片模組等要素的價格要短時間內下降,行動網路業者等行業巨頭會在初期以巨額補貼款作為催化,這種模式在以往行動網路標準的演進中屢試不爽,因此在LPWAN上我們也能夠看到相關供應商、設備製造商,甚至是從其他領域跨足而來的新進入者。


但仔細思考就會發現,上述這兩點驅動力其實都是以「投入資本」為主,要以此加速起步時的進步無妨,但很難長久延續;想要達到長久發展,重點還是來自市場中,那些對「營收」真正有幫助的動力。也就是說,時至今日,LPWAN若還想要有如此強勁的發展,就必須將心思擺在拓展更多應用案例、推動LPWAN在更多情境下的應用。


那這種「新動力」的來源會在哪?要解答這個問題之前,我們要先明白目前LPWAN應用的發展瓶頸在哪?


首先,與我們所熟悉的高速行動網路不同,LPWAN應用市場零碎化的特點相當顯著。根據Transforma Insights的預測,到2030年,LPWAN逾半都是行業垂直應用,29%來自消費市場,還有20.5%的連接為跨垂直行業的應用。這種目標應用的分散化也就意味著LPWAN的網路形態將會是多樣化。除了公共網路,私有網路和專用網路也將是LPWAN一種主要的部署和營運模式。Transforma Insights的研究資料顯示,到2030年,在非授權頻譜LPWAN設備中將有54%是通過私有網路連接;而值得注意的是,NB-IoT等以公共網路為主體的授權頻譜LPWAN,也在積極嘗試納入私有網路的模式,或是試圖將私有網路接入公共網路之中。


這樣的趨勢也意味著在LPWAN領域,是無法只用一種網路去滿足所有用戶需求的,正確的做法應該是根據終端應用的實際需要,訂製其網路部署和營運方案。然而,在現實考量與人們習慣的網路部署和營運模式相比,這做法顯然既費力又花錢。



圖3 : 2030年LPWAN行業應用分佈圖(source:Transforma Insights)
圖3 : 2030年LPWAN行業應用分佈圖(source:Transforma Insights)

其次,零碎的應用,也就意味著終端設備的多元,除了發展初期人們可想而知的一些典型LPWAN應用場景,還會不斷衍生出更多的創新應用案例,比如要求網路終端支援多模組LPWAN通訊技術、同時支援無線廣域網路和區域網路的通訊,或者是支援GPS等地理資訊功能。單一的技術架構顯然無法滿足這樣的需求,因此也就需要更為整合的應用開發平台來支撐。


如何突破發展瓶頸?

對於上述這些由於市場零碎化所帶來的挑戰,在LPWAN生態圈行業內已經有越來越深刻的體悟,因此圍繞於此而展開的探索,也正緊鑼密鼓地持續進行中,其中也有不少創新的方案和模式可供參考。


例如在支援多標準、多場景的應用開發平台方面,安富利推出可同時支援LTE-M/NB-IoT、藍牙5.2和GPS的AVT9152模組。該模組以Nordic Semiconductor為基礎整合LTE-M/NB-IoT數據機和GPS的nRF9160低功耗SiP零組件,以及nRF52840藍牙5.2/BLE先進多協議SoC,在一個僅26mm x 28mm尺寸的封裝中就可提供包括蜂窩LPWAN、以2.4GHz為基礎的多協議無線電(包括藍牙5、ANT、Thread、Zigbee、IEEE 802.15.4和特有的2.4GHz RF協議),以及衛星定位在內的多種功能。


在醫療相關的接觸者軌跡追蹤、物流和資產追蹤、自動販賣機、自助服務終端設備、醫療設備,和智慧建築自動化等領域,都可以成為具備高靈活度且可擴展的技術平台。安富利以AVT9152模組為基礎的評估套件,則為開發者提供一個完整的設備到雲端平台,縮短客戶產品上市時程,為實現創新LPWAN應用提供協助。


圖4 : 安富利可支援LTE-M/NB-IoT、藍牙5.2和GPS的AVT9152模組(source:Avnet)
圖4 : 安富利可支援LTE-M/NB-IoT、藍牙5.2和GPS的AVT9152模組(source:Avnet)

當然,技術平台只能算是LPWAN「新動力」所需的其中一個環節。如上述所提,面對個別的網路部署和營運需求,必須要有更完整的客製化方案,才能解決客戶的痛點。


具體來說,安富利致力於提供端到端的IoT解決方案,而這些方案實際上算是一個綜合的生態系,不僅整合了全球先進晶片和零組件廠商的硬體資源,也囊括了IoT開發所需要的軟體和雲端計算資源,以統一的平台為基礎,囊括LPWAN網路創建和運作所需,從早期的技術諮詢、中期的開發,到後期的網路部署等全部流程。


因應客戶在實際LPWAN應用的不同要求,安富利不僅可以整合平台中各方面的要素、資源提供「一站式」解決方案,同時也具備在產品整個生命週期中提供技術服務的能力。



圖5 : 安富利端到端的IoT解決方案和技術服務,為LPWAN的部署和運作帶來便利性。(source:Avnet)
圖5 : 安富利端到端的IoT解決方案和技術服務,為LPWAN的部署和運作帶來便利性。(source:Avnet)

總結

總而言之,經過最一開始5年的快速發展,今日LPWAN已經走到了一個轉折處,原有的驅動力優勢目前或許已山窮水盡,但在柳暗花明處人們則必須將更多的注意力聚焦在LPWAN的應用上,才能在下一個5年的發展中佔據最有利的競爭位置。


要突破LPWAN應用發展的瓶頸,既需要創新的應用開發平台,也需要端到端的解決方案和服務,如此才能讓LPWAN網路的供應商或擁有者能加速網路的部署和應用,儘快從LPWAN中獲利。


(本文作者劉帛松為安富利台灣資深解決方案業務經理)


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