IoT无线＆移动通讯技术与应用
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在物联网架构中，网络层是衔接感知层与上游应用层的重要中介，能联网的移动设备与世间万物，藉由种种无线与移动通讯，向上传递传感数据或蒐集的特定信息，能突破空间束缚的各种无线联网＆移动通讯协定的支持，才是物联网各种装置能够一同发挥智能战力的关键…
IoT(Internet of Things；物联网)的应用架构中，第二层的「网络层(Network Layer)」－透过各种区域网络、近距离无线网络(WPAN)、中长距离无线网络(Wi-Fi)或更长的3G/4G移动通讯网络，来传递传感的数据？环境信息。网络层这部份如果再细分，从矽元件供应商提供802.15.4规范的个人无线网络，如ZigBee、Z-Wave、ANT、Bluetooth Smart(BLE)。
更高传输速率的802.11无线区域网络(Wi-Fi WLAN)，如2.4GHz频段的802.11n (300？450Mbps)、5GHz频段的802.11ac(867Mbps？1.3Gbps)，甚至60GHz频段的802.11ad(7Gbps)的传输速度。此外还有由电信营运业者所经营的无线存取网络(Radio Acess Network；RAN) 所提供的2G、3G(GSM/WCDMA)、4G LTE等移动通讯。
低功耗、短距离无线网络
像是IrDA、ZigBee、6LowPAN、WirelessHART、WIA-PA、ISA100等。红外线通讯(IR)历史最悠久，距离大约1？2米，对传角度限制30度以内。IrDA协会于1993年成立，制定像SIR (Serial Infrared, 9.6K？115.2K bps)模式、FIR (Fast Infrared, 4Mbps)模式等，由于红外线容易受障碍物遮蔽而导致传输中断，因而逐渐式微。
蓝牙技术最早由易立信(Ericsson)于1994年发起，起初应用于手机和配件，后来成立蓝牙协会吸引各大ICT厂商加入与推广。区分出：1. 传统蓝牙(速度1？3Mbps；距离10~100米)，作为信息传递、装置连线；2. 高速蓝牙(Bluetooth HS；8~24Mbps；距离10米)，主攻数据交换与传输；3. 低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy；BLE；亦称Bluetooth Smart)则是2010年针对穿戴式装置、IoT物联网或工业自动化之低耗电联网需求所提出，距离在30米以内，传输速度为1Mbps。
ANT是加商Dynastream Innovations公司所主导，使用钮扣电池可维持1年以上，应用在体育健身、医疗保健、穿戴式装置等产品上。其传输速度为20Kbps，采自适应同步网络架构，确保各装置在传输时不受其他信号干扰。而ANT+为ANT的延伸协定，可定义不同厂商产品的装置参数，以便互享传感器数据数据。
于2005年开始崭露头角的ZigBee协定，以IEEE 802.15.4标准规范之无线网状网络架构，具备低成本、低功耗特性，传输速度在250Kbps，距离10？20米，广泛应用在如家用灯控、家庭建筑&工厂等自动化，及无线传感网络(WSN)产品。其网络拓扑可支持Star(星状)、Cluster Tree(簇树状)、Mesh(网状)型态，被业界视为智能建筑(Smart Building)、物联网(IoT)最广泛的协定之一。
ZigBee v1.2(又称ZigBee PRO、ZigBee 2007)，则涵盖了: 家庭自动化、智能能源、通信服务、医疗保健、灯光控制(Light Link)、建筑自动化、闸道器、以及Green Power(绿能)等协定；而ZigBee RF4CE协定则是针对消费性电子产品，以取代遥控器、输入装置为主。
另一个跟ZigBee很类似的Z-Wave，是丹麦ZenSys公司所开发专门针对家庭自动化遥控的低功耗无线传输协定，规格为ITU-T G.9959。最初使用的频段为868MHz(欧洲)、传输速率也只有9.6Kbps？40Kbps，因为其设计的目的仅在于遥控家中电器、灯光控制，不需要太多数据流，但靠着低频(低于900MHz)无线电波的优势，即使在梁柱与隔间多的大房子内也有很强的穿透性；后来也流行到北美(908MHz)、日本(922？926MHz)、香港、澳大利亚、新西兰与巴西(921MHz)。为了因应ZigBee升频段与升速，Z-Wave也将传输速率提高到100Kbps。
而针对无线传感网络(WSN)之节点(Node)间传输协定，除了ZigBee之外，另也有采用ISA100、WirelessHART、WIA-PA、6LowPAN等嵌入式产品专用的通讯协定。以IETF (Internet Engineering Task Force)制定的6LoWPAN开放标准，支持IPv6，让无线路由器可休眠，甚至免闸道器设置也能使装置相互连接，适合WSN低规、低耗的定制化环境，故也广被ZigBee IP、ETSI M2M、ISA 100.11a、BLE等无线网络技术所采纳。
超高速近距离无线传输技术
像Sony在2008年发表的TransferJet，以近距离感应通讯(NFC)结合超宽频(UWB)的电感磁场技术，在相距几厘米内，两个装置数据传输速率高达375Mbps；若采用4.48GHz频带，速率更高达560Mbps，能应用在手机、游戏机、数码镜头、摄录影机、电脑、电视与打印机之间的近距离传输。
而Li-Fi 灯光上网技术－也是一种以灯光为电磁波，让LED灯泡快速地闪烁(肉眼难以察觉)，搭配专属的Li-Fi接收器即可做为数据传递。上海复旦大学抢先2013年10月发表－在单一LED灯源下提供4台装置同时上网、互传数据，平均速度达150Mbps。台湾台北科技大学吕海涵教授，于2014年4月创下红光雷射光传输速率10Gbps与17.5米距离的成功案例。但光通讯有无法折射、怕阻挡物、接收角度受限等缺点，再加上成本高、耗电大，因此尚无法完全取代Wi-Fi。
WiFi长距离无线网络技术演进趋势
1997年IEEE(国际电机电子工程学会)制定出使用2.4GHz频段的802.11，最大传输速率为2Mbps；1999年推出5GHz频段的802.11a(54Mbps)与2.4GHz频段的802.11b(11Mbps)；2004年同为2.4GHz频段的802.11g，连线速率提升到54Mbps且维持跟802.11b兼容。2009年采用2.4/5GHz频段的802.11规格推出，导入最新4x4 MIMO (多重天线收发)技术与带宽倍增优势，单数据串流连线速率为150Mbps，4数据串流(4x4 MIMO)的连线速率高达600Mbps。
2014年1月定案的802.11ac规格，以5GHz频段、带宽倍增技术，传输速率从433Mbps(单数据串流)起跳，最高可到7Gbps (8数据串流？160MHz)，实时传输高清影音(Full HD)甚至4K (3840x2160)影音串流。但目前仅笔记本电脑具备802.11ac 3数据串流能力，多数手机、平板电脑因为低功耗因素，仅使用到1~2数据串流，且速度降为325？650Mbps。
至于60GHz超高频无线技术，则有WiHD (IEEE 802.15.3c规格)与WiGig(802.11ad)两大联盟的竞逐。WiHD传输速率达10？28Gbps，晶鐌(SiliconImage)是唯一芯片供应商。WiGig芯片供应商是以色列塞沙里亚(Caesarea)新创公司Wilocity，传输速率7Gbps虽然较慢，但WiGig已成功与Wi-Fi联盟的2.4GHz 802.11b/g/n、5GHz频段的802.11ac整合，达到三频(2.4/5/60GHz)多模共享的境界。
Wilocity已于2014年发布28纳米的802.11ad WiGig芯片，而高通(Qualcomm)在2014年7月宣布以3亿美元并购Wilocity，将60GHz WiGig新技术整合到其Snapdragon 810处理器？智能手机平台，来实现4K影像的无线传输，以及无线扩充底座等超高速应用。
谷歌(Google)在去年(2014年) 2月并购Nest Labs公司，取得其提出专门锁定智能家庭市场的Thread联网平台技术。Thread采用802.15.4规范并以IPv6为其网络层的主要架构(即6lowWPAN)，不受任何硬件(x86/ARM)、软件平台(不限iOS或Android)或各种无线实体层技术的限制，部份ZigBee、Z-Wave或Bluetooth Smart芯片，可藉由韧体升级，来支持Thread进行无线网络相互连接。Thread Group联盟预计2015年7月就会有第一套应用Thread技术的产品问世。
4G LTE移动通讯建置IoT网络最后一里
LTE第四代移动通讯协定，全球已有28个LTE-FDD以及12个TDD-LTE频段。台湾则使用700MHz、900MHz、1,800MHz，由中华电信、远传、台哥大与台湾之星等取得4G频谱执照并于2014年6月陆续开台营运，未来2,600MHz频谱预定在WiMax执照期满后收回转向LTE-FDD或TD-LTE之用。
从连线速率观点，LTE提供；第1类DL 10Mbps、UL 5Mbps，第2类DL 50Mbps、UL 25Mbps，第3类100Mbps、50Mbps；从第4类开始需使用多重天线收发(MIMO)技术，第4类(2x2 MIMO) DL 150Mbps、UL 50Mbps，第5类(4x4 MIMO) 300Mbps、UL 75Mbps，最高速的第7类(LTE-A)则到UL 300MBps、DL 150Mbps。目前台湾仅开放到LTE第3~4类。
预估随着IoT装置无线联网？移动通讯科技及应用环境的成熟，智能家庭可望加速成长，2013年全球智能家庭营业额330亿美元，预估2018年可跃升到780亿美元。至2019年底，全东北亚区智能手机用户数将达到16亿以上。IDC与Gartner都预估。2020年全球IoT智能联网装置总数将达250亿。其中消费端所使用的物联网装置数达130亿。
