現今機器對機器(M2M)服務均以全球行動通訊系統(GSM)等2G網路為基礎,該系統已使用二十餘年,但仍具備低成本、低耗能,以及網路普及等優點。不過,2G網路正逐漸由長程演進計畫(LTE)服務取而代之。
為了下一代的Release 12規格,LTE標準機構第三代合作夥伴計畫(3GPP)正在為LTE定義新格式,稱之為「Cat-0」,有助LTE達到物聯網的需求(3GPP以「機器類型通訊(MTC)」稱呼物聯網)。
物聯網或M2M是由各種有線及無線技術建構而成,例如蜂巢式行動通訊技術(2G、3G及LTE)、無線區域網路(Wi-Fi)、個人區域網路(藍牙、ZigBee及802.15.4),以及其他廣域技術,如Weightless和Sigfox等,這些技術各有特質,適合不同用途。
蜂巢式技術受M2M三大因素限制
不過蜂巢式行動通訊技術在M2M的占比受限於多項因素,主要取決於成本、節能及覆蓋範圍。
成本是許多M2M應用建置關鍵,蜂巢式技術必須與裝置成本低於5美元的長程系統競爭,目前2G裝置成本不到10美元,或許適合諸多應用;但LTE模組現有成本最高40美元,並不符合許多M2M連接的低毛利和高總量需求。
節能也相當重要,許多M2M裝置採電池供電,電池壽命若縮短,將會大大衝擊建置及維護成本。而有些應用的電池壽命可能須長達數年,又得維持低成本解決方案,例如混合能源採集與一般電池技術。此外,覆蓋範圍也很重要,因為許多M2M裝置均隱身於建築物深處。在蜂巢式技術市場裡,2G裝置仍占M2M連接約六成。
針對日漸增加的M2M裝置障礙,3GPP提出特定工作項目,以降低複雜度,進而降低裝置成本,並提升MTC裝置在LTE的覆蓋範圍,這也正是Release 12及後續規格部分目標。
Release 12特別提及「低複雜度使用者設備」,MTC使用者設備可向網路表明為Cat-0,此類設備開發成本較低,但仍能支持低延遲與最高1Mbit/s的資料速率,適合絕大多數的M2M應用;其次,Release 12亦引進新式節能模式,MTC裝置若不須主動與網路通訊時,即可進入深度休眠模式。
此外,在該規範中,MTC終端節能改善是另一工作項目(UEPCOP),在靜止模式流程內落實節能模式,不論是何種領域的MTC裝置均可適用。
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圖1 LTE Cat-0與其他蜂巢式技術效能比較 |
若要為物聯網時代重新定義LTE,會產生與傳統LTE平台不同設計難題,目前多數LTE數據機均為支援300Mbit/s以上的高吞吐量;而新式物聯網LTE數據機支援範圍最高只到1Mbit/s,吞吐量需求降低了三百倍。
從圖1可見,這項變化將LTE推向較低的表現等級,數據機設計師也因此要大幅改善裝置處理能力,同時降低成本與耗能,為LTE開創更多的物聯網用途及市場。
降低裝置處理/記憶體要求 新裝置架構耗能減少
針對物聯網調整LTE時,數據機架構大抵不變,不過在處理鏈每一階段內,均能發現改善契機。
對物聯網而言,傳統LTE數據機內含不少設計機會,可降低處理及記憶體要求,因而減少成本及耗能,兩者均為物聯網應用不可或缺的考量因素。因此,3GPP在Release 12版本內定義MTC規格,新式裝置耗能與成本比傳統LTE裝置更低,可促成2G轉型,在新規格之下,設計師可運用各種軟體與系統單晶片(SoC)先進設計,改善物聯網領域的傳統LTE數據機。
(本文作者為安謀國際行動市場經理)