嵌入式數據機簡化開發驗證　蜂巢式IoT發揮LaaP潛能

與使用免授權頻段的低功耗廣域網路技術(LPWAN)相比，蜂巢式物聯網(IoT)的缺點之一是終端設備在加入LTE-M或NB-IoT網路之前，需先進行無線電頻段規畫分配的驗證，驗證既耗時間又花錢。然而，一旦通過驗證，便可享用規範嚴格且覆蓋全球範圍的蜂巢式網路，以及品質管理等優勢。

要證明蜂巢式IoT的終端設備已通過性能和品質保證測試，便需要驗證；而這些測試是滿足監管機構的網路連接規範。產品若沒有驗證完成，就無法推出市場。

晶片組、模組和終端設備驗證

蜂巢式IoT終端設備通常需要滿足三層產品驗證：一是驗證晶片組，第二是驗證終端設備用的模組，最後則是驗證終端設備本身。 一般來說，晶片組供應商會對晶片組進行驗證。接著，模組供應商會將晶片組整合進模組並進行驗證。最後階段是將該模組整合到終端產品中，再進行驗證。

但是，也有少數例外。例如，Nordic採系統級封裝的nRF9160 SiP(圖1)，整合了LTE-M/NB-IoT數據機和GPS。nR9160 SiP是一個低功耗蜂巢式IoT解決方案，整合了晶片組、RF前端和電源管理IC等零組件，同時兼顧這款SiP的模組層級驗證，以供全球蜂巢式網路使用。

若要以僅通過模組驗證程序的模組來將設備連接到網路，便要獲得營運商的特別許可，而這項特別許可權限僅用於測試，而且只能擴展到少量幾個設備。如果之後想要將基於該模組的設計用於小批量生產，製造商就需要提交產品以進行終端設備驗證。這可能既耗時又昂貴，需要經過多次設計迭代(Iteration)才能進入生產的情況尤其如此，因為每一次的迭代都要需要新的驗證。

嵌入式數據機路由器

要驗證終端設備，還有另一條可以降低風險並節省時間和金錢的途徑，就是使用嵌入式數據機作為IoT設計的基礎。

比起模組，嵌入式數據機因為加入了模組不提供的基本設計元素，例如確保I/O接腳的存取，包括天線連接以及增加電壓調節，因此在設計上可以再進一步，創造一個功能全面的數據機。由於嵌入式數據機是一個完善並且可工作的蜂巢式IoT解決方案，因此數據機製造商可以成功取得終端產品的驗證，而不僅是模組層級階段的驗證而已。

終端產品設計人員因此可以採用「安裝即用(Drop-in)」的嵌入式數據機，因為它不但是基於通過驗證和測試的蜂巢式IoT設計，而且一旦被整合進終端產品中，就不需進一步的驗證。

美國嵌入式數據機公司NimbeLink所推出的sSkywire Nano NL-SW-LTE-NRF9160是第一個公開發表並通過了第三方終端設備驗證的嵌入式數據機，它基於nRF9160 SiP來設計。這代表除了少數的特殊情況之外，任何包含Skywire Nano的產品或應用，都不用再經過蜂巢式技術營運商的驗證程序，就可以加入LTE-M或NB-IoT網路。

簡化蜂巢式IoT設計

為了鼓勵幾乎沒有或者完全沒有蜂巢式IoT經驗的公司能夠投入，需要消除蜂巢式IoT設計的複雜性，以及簡化驗證程序，讓產品開發人員能夠減少設計工作，更容易實現蜂巢式連接技術，nRF9160 SiP和相關的開發工具可以協助開發人員實踐。

這個SiP專用的應用程式記憶體儲存空間使開發人員可以移植和執行自己開發的程式碼，同時可將控制嵌入式數據機功能的韌體儲存在單獨的記憶體分配區中。因此，產品開發人員若需要在產品設計增加蜂巢式IoT連接技術，能夠透過嵌入式數據機，便可以加速將其產品從概念發展到部署階段。

蜂巢式IoT將實現高成長

為設計人員簡化蜂巢式IoT設計方法是極之重要。所有的跡象都表明，在未來幾年內，NB-IoT結合LTM-M的解決方案將呈現快速的高成長，屆時該平台將取代Sigfox和LoRa等專有的LPWAN解決方案。展望未來，在針對IoT應用的4G及5G網路技術的支持下，蜂巢式IoT將可提供無所不在的低功耗連接。

2018年的愛立信行動趨勢報告預測過，到2023年，蜂巢式IoT連接的數量可能高達35億，其中的22億可望出現在東北亞。該報告還指出，蜂巢式IoT連接有望達成比整體市場更快的成長。

而除了目前進行中的大規模基礎設施的部署之外，有一個正威脅著採用蜂巢式IoT技術的因素，就是它的複雜性。一些供應商的LTE-M產品在新產品開發案階段時就陷於苦戰，在某些情況下能提供的功能有限。

蜂巢式IoT的全球基礎架構已經妥善部署並且運作良好，基本的LTE技術滿足了驗證、可靠性、互通性且高度安全。

照明是普遍存在於整個已發展世界的基礎建設。智慧照明藉由無線網路技術的連接性、控制性和可擴展性，融合了固態照明(SSL)的美學、效率和長使用壽命。這種融合幾乎可以說是LED和IoT的低功耗無線連接這兩項支撐智慧照明的技術已成為一體。

IoT對照明的影響

產業分析公司IndustryARC表示，智慧照明(無線連接的SSL)正迅速取代不具智慧的LED燈具。該公司表示，2018年全球的智慧照明市場價值68.7億美元，並呈現兩位數的年成長率。

這樣的成長部分是由LED的綠色證書(Green Credential)所帶動的，該技術可以節省能源並減少碳的排放和消費者的支出。美國能源部(DoE)表示，與白熾燈泡相比，LED至少節能75%，使用壽命延長25倍。光是在美國一地，以LED代替傳統燈泡已將電力消耗減少了348TWh，並減少了300億美元的支出。此外，因為減少了燃燒發電而節省了化石燃料使用，避免了1億噸的二氧化碳排放。

然而，智慧照明不僅僅是一項乾淨、高效和永續的技術這麼簡單而已。由於照明是每棟建築結構的基本元素，每檯燈具內建無線技術後不但可以簡化配置和控制，以獲得最佳照明，還可支援各種分散式感測器，通過協調來節省更多能源，提高生產率並增強建築物的安全性。

照明即平台(LaaP)

儘管如此，蜂巢IoT可望在現有的照明基礎設施上大幅提升更多附加價值。根據藍牙SIG的「照明即平台」(Lighting as a Platform, LaaP)的報告，智慧照明控制可以節省多達50%的照明能源成本，但是使用智慧照明技術所實現的附加服務價值，甚至可能比節能的價值高十倍。換句話說，照明控制僅是智慧照明真正效益的皮毛，而此效益已經遠遠超出了照明本身，成為物聯網的基礎支柱：LaaP。

未來的智慧建築和智慧城市中的照明設備，將有如人體的「中樞神經系統」，它使用「神經」和「脊椎」在網路上收集感覺訊息，管理數據並指示在適當時候進行適當操作以達至最佳效果。

照明在這方面擁有獨特定位，因為每棟建築物中的每個房間都需要這項必要的基礎設施，我們城市中的每條街道和十字路口也是如此。照明無所不在，因此可以成為遠遠超出照明功能的平台。

現在還未走到這一步。網狀網路連線(Mesh Networking)是個關鍵，雖然可以擴展和支援節點的網狀網路，以及用於智慧建築或城市所有感測器數據的傳輸量等條件都還不是很成熟，但是它們已在邁進，並且也取得了重大進展，讓LaaP的所有原本的優勢得以實現。

隨著上一代不具備智慧的LED燈具被低功耗藍牙支援的網狀網路、Thread或Zigbee無線連接燈具所取代，開發人員在燈具中逐漸增加嵌入各種各樣的額外的感測器，這些感測器為許多其他由數據驅動的應用奠定了基礎。資產追蹤及保護、尋向功能、安全性、空間最佳化、市場行銷以及居住者的生產力和安適感，將全部由人們頭頂上的燈具推動，同時通過蜂巢IoT進行全球通訊。

(本文由Nordic提供)