实现各种物@@体的@@网@@络互联超小型@@@@、低功耗蜂窝@@@@LPWA模块@@(前篇@@)

可在更广@@范围内收集数据的@@物@@联网@@设备@@的@@需求@@

通过数据营造丰富健康的@@生活@@,充分利用数据开展有价值的@@业务@@,以数据为基础构建高效@@、畅通无阻的@@社会@@……为了在不久的@@将来实现这一目标@@,全世界的@@企业和@@政府都在致力于构筑并有效利用新的@@信息系统@@。在商务和@@生活中@@每天都会产生的@@数据已与@@@@“人@@”、“物@@”和@@“金钱@@”并列成为了推动生活@@、商务和@@社会的@@经营资源之一@@。

近年来@@,通过有效利用将各种物@@体连接到@@互联网@@的@@@@IoT(Internet of Things,即物@@联网@@@@),不仅可以收集在虚拟世界中@@产生的@@数据@@,还可以详细地收集在现实生活中@@各处产生的@@数据@@。在工厂的@@生产线@@、办公室和@@家庭中@@@@,安装有传感器和@@通信功能的@@物@@联网@@设备@@已被设置在各处@@,以掌握运行中@@的@@装置和@@设备@@的@@状况@@,帮助预测故障和@@提高@@生产效率@@。

然而@@,与@@工厂内数十米见方的@@特定区域范围内的@@数据收集相比@@,在智能仪表@@的@@自动读数@@、道路和@@桥墩等社会基础设施的@@监控方面@@,在数千米见方的@@广阔范围内的@@数据收集则存在尚未解决的@@难题@@。这是@@因为@@当时尚未出现适合在远距离无线连接的@@物@@联网@@设备@@上使用的@@无线通信技术@@@@。

图@@1

特定区域内的@@数据收集可以利用现有的@@@@Wi-Fi和@@Bluetooth®等针对电脑等信息设备@@的@@近距离无线技术@@@@。此外@@,利用这些无线技术@@的@@小型低功耗无线通信模块@@@@也很容易获取@@,因此@@相对容易地就能制造出小巧的@@物@@联网@@设备@@@@。另一方面@@,对于广范围的@@数据收集而言@@,上述物@@联网@@设备@@则难以应对@@,因此@@只能利用针对手机的@@大功耗移动通信技术@@@@。但是@@@@,由于还考虑到@@在无法频繁充电的@@场所使用的@@情况@@,因此@@就出现了为确保足够使用的@@电源容量而安装大容量电池@@,从而导致设备@@体积过大的@@问题@@。

作为针对物@@联网@@设备@@的@@无线通信@@,蜂窝@@LPWA使用起来极其得心应手@@

针对物@@联网@@设备@@的@@广范围无线通信技术@@@@——蜂窝@@LPWA(Low Power Wide Area)的@@商业服务于@@2018年启动@@,其目的@@是@@为了拓展曾因缺少合适的@@无线技术@@而被遗漏的@@物@@联网@@设备@@的@@使用场景@@@@。

蜂窝@@LPWA建立在以智能手机等的@@通信手段@@——广范围覆盖为特征的@@@@LTE的@@基础之上@@,是@@一项通过降低数据传输速度和@@通信频率@@,实现惊人@@的@@低功耗化的@@技术@@@@。以这种较低的@@数据传输速度@@无法传输视频@@数据@@。但它却足以用来传输用于了解道路老化的@@振动@@、水稻生长管理所需的@@稻田温度@@,以及共享单车的@@位置信息等数据@@。应当说@@,通过低功耗化@@,电池在可长年使用等方面明显提高@@了其便利性@@。

蜂窝@@LPWA具有拓宽物@@联网@@设备@@的@@使用场景@@的@@潜力@@,但要想加快对物@@联网@@设备@@的@@运用@@,还需要先克服一些障碍@@。那就是@@@@必须要有和@@@@Wi-Fi和@@Bluetooth®等一样能够嵌入或@@设置在各种设备@@和@@场所的@@超小型@@@@、低功耗无线通信模块@@@@。村田@@制作所@@(以下简称@@“村田@@”)运用迄今为止在开发多种无线通信模块@@的@@过程中@@培养的@@技术@@和@@经验@@,开发出了超小的@@蜂窝@@@@LPWA模块@@。与@@此同时@@,村田@@还与@@供应商和@@芯片制造商合作@@,制造并提供即使不具备@@无线通信方面的@@专业知识@@,也能稳定连接网@@络的@@模块@@@@。

村田@@的@@蜂窝@@@@LPWA模块@@推动了有价值的@@物@@联网@@设备@@的@@开发@@

由于物@@联网@@设备@@在无法轻松获取数据的@@环境中@@也能够使用@@,因此@@其价值将有所提升@@。所以@@,在开发物@@联网@@设备@@时@@,确保在任何场所都可以设置的@@小巧外形@@,以及最大限度地减少更换电池和@@充电的@@频率是@@至关重要的@@@@。为满足这种需求@@,村田@@开发并提供了高质量@@、超小型@@、低功耗的@@蜂窝@@@@LPWA模块@@。我们向负责开发蜂窝@@@@LPWA模块@@的@@工程师们询问了他们在开发时设想的@@蜂窝@@@@LPWA的@@使用场景@@、村田@@的@@模块@@的@@优势@@,以及在@@产品开发过程中@@开展的@@工作@@。

团队@@
左起依次为管理负责人@@藤原先生@@、管理负责人@@兵库先生@@、商务拓展负责人@@川中@@先生及王女士@@

利用现有的@@手机基站实现物@@联网@@的@@远距离通信@@

⸺作为将利用物@@联网@@设备@@收集的@@数据传输到@@云端的@@手段@@,你们所设想的@@蜂窝@@@@LPWA的@@用途是@@什么呢@@?

首先要说明@@LPWA的@@定位@@。就目前的@@物@@联网@@设备@@而言@@,在需要实现超过@@1公里的@@远距离数据传输用途方面@@,以前必须使用手机服务@@。但是@@@@,由于手机服务成本高@@、功耗大@@,因此@@对于所有用途来说未必都是@@方便使用的@@通信手段@@。为解决这一问题而诞生的@@无线通信技术@@@@,就是@@@@LPWA。

LPWA分为两类@@,一类是@@利用手机基站的@@蜂窝@@@@LPWA,另一类则是@@主要利用独自的@@访问接入点的@@非蜂窝@@@@LPWA(表@@1)。其中@@@@,蜂窝@@LPWA的@@优点是@@可以通过大型通信运营商的@@通信网@@@@,在全世界范围内轻松扩展网@@络@@。另外@@,蜂窝@@LPWA可以覆盖的@@区域也比非蜂窝@@@@LPWA更广@@,并且还具有通信的@@稳定性和@@安全性@@较高的@@特点@@。因此@@,蜂窝@@LPWA比较适合用于智慧城市@@、物@@流类及跨国数据收集等方面@@。

图@@3
在蜂窝@@@@LPWA中@@,还包括@@LTE Cat.M1(LTE-M)和@@NB-IoT这两个标准@@。其中@@@@,LTE Cat.M1的@@特点包括出色的@@移动性和@@低时延性@@,以及在@@LPWA中@@属于较快的@@@@、最高可达@@1Mbps(理论值@@)的@@数据传输速度@@。LTE Cat.M1适用于跟踪@@、紧急装置和@@可穿戴设备@@等应用@@。另一方面@@,NB-IoT则具有低成本@@、低功耗和@@大规模连接等特点@@。
它适用于智能仪表@@的@@自动读表@@等处理少量信息的@@应用@@。

在超小型@@@@、低功耗方面@@无人@@可及@@

⸺针对蜂窝@@@@LPWA,村田@@正在提供具有哪些特点的@@无线通信模块@@呢@@?

村田@@提供的@@高质量蜂窝@@@@LPWA模块@@符合各个国家和@@地区的@@无线电法@@,并且还获得了运营商的@@认证@@。从通信的@@稳定性@@、可靠性@@、安全性@@、移动性等各个方面来看@@,我们提供的@@模块@@都能够放心使用@@。此外@@,在超小型@@@@、低功耗方面@@,我们也有自信不输给其他任何产品@@。

⸺超小型@@的@@蜂窝@@@@LPWA模块@@为物@@联网@@设备@@带来了哪些好处呢@@?

在我们开发的@@蜂窝@@@@LPWA模块@@中@@@@,采用树脂封装的@@@@“Type 1SC”实现了@@11.1 mm × 11.4 mm × 1.4 mm的@@超小型@@尺寸@@。只需这一款产品@@,就能同时支持@@Cat.M1和@@NB-IoT两种标准@@,并且其面积还是@@普通小型模块@@@@*1的@@一半以下@@。如果能够将小型化实现到@@这种程度@@,那么@@就能将模块@@应用于在医疗保健领域中@@使用的@@腕带式可穿戴设备@@@@,用来确保物@@流可追溯性的@@跟踪设备@@@@,以及嵌入共享单车中@@跟踪动作等方面@@。

*1 与@@18.0 mm × 16.0 mm × 2.0 mm的@@LPWA模块@@相比@@

⸺要想使模块@@小型化@@,在技术@@方面将面临怎样的@@困难呢@@?

如果只是@@安装小型@@188足彩外围@@app 、设计细致的@@布线图@@案的@@话@@,可能并没有那么@@难@@。但是@@@@,在无线通信模块@@中@@@@@@,越是@@小型化@@,细微的@@特性差异和@@图@@案偏差就越容易对模块@@整体的@@特性和@@性能带来较大的@@影响@@。而且@@,由于蜂窝@@@@LPWA的@@输出要高于@@Wi-Fi和@@Bluetooth®,因此@@为符合无线电法或@@获得运营商认证而进行的@@调频的@@难度就会有所增加@@。

村田@@在通信模块@@的@@小型化和@@蜂窝@@模块@@的@@开发方面积累了@@10多年的@@经验@@。虽然有不少供应商在@@Wi-Fi模块@@方面都有开发实绩@@,但拥有将蜂窝@@模块@@小型化的@@经验的@@制造商却屈指可数@@。

实现运行@@10年以上且无需更换电池的@@低功耗化@@

⸺那么@@,模块@@的@@低功耗化会为物@@联网@@设备@@带来哪些好处呢@@?

并不是@@在所有设置物@@联网@@设备@@的@@地点都可以频繁地更换电池或@@充电@@。甚至可以说@@,可以从人@@无法轻易踏入的@@场所收集数据的@@物@@联网@@设备@@的@@价值更高@@。如果能实现模块@@的@@低功耗化@@,那么@@就能够延长物@@联网@@设备@@的@@电池寿命@@,令运营变得轻松@@。

然而@@,在实现理想的@@物@@联网@@设备@@的@@通信稳定性@@、可靠性@@、安全性@@和@@移动性的@@同时降低功耗却并非易事@@。这是@@因为@@,如果只是@@推进低功耗化的@@话@@,只需利用简单的@@通信技术@@即可@@,但是@@@@为了制造出高质量的@@模块@@@@,就必须要利用复杂的@@通信技术@@@@。如何在软件和@@硬件的@@设计上下功夫并尽量降低功耗@@,这对于我们来说是@@一次展现实力的@@机会@@。

⸺你们是@@通过怎样的@@技术@@来实现低功耗化的@@呢@@?

LTE Cat.M1和@@NB-IoT中@@运用了被称为@@eDRX*2和@@PSM*3的@@降低功耗的@@技术@@@@。另外@@,村田@@的@@蜂窝@@@@LPWA模块@@本身也是@@以追求低功耗为目的@@而设计的@@@@。通过这些技术@@@@,可以将待机时的@@电流消耗降低到@@@@3.5μA(典型值@@),无需更换电池就能实现@@10到@@15年的@@运行@@*4。

*2 eDRX是@@extended Discontinuous Reception的@@缩写@@。它是@@一项在待机时降低接收电波的@@频率@@,从而实现低功耗化的@@技术@@@@。
*3 PSM是@@Power Saving Mode的@@缩写@@。它是@@一项通过仅在限定的@@时间段内接收电波来减少功耗的@@技术@@@@。
*4 以每天发送一次传感器数据的@@应用为假设@@

此外@@,使用时的@@通信质量和@@功耗并不是@@仅由模块@@本身的@@好坏来决定的@@@@。为使包括通信基础设施在内的@@系统整体能够顺利运行@@,模块@@的@@调频是@@极其重要的@@@@。村田@@正在与@@提供蜂窝@@@@LPWA连接服务的@@运营商密切合作@@,共同开发通信平台@@,以在系统层面兼顾高质量通信@@、高安全级别与@@低功耗化@@。