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【新闻媒体报道】连接数字城市新亮点LPWA物联网串起智能路灯

时间：2023-12-17 21:33:13   作者: 智能灯杆解决方案

  智能路灯作为智能城市的骨干，透过无线通信串连着城市每盏路灯，能够即时监控状况和控制照明系统。为了平衡成本与效率考虑，目前多数城市智能路灯都采用LPWA来通信，其中NB-IoT受到电信商青睐，成为最多城市使用的通信技术。

  以往传统路灯没有部署通信系统，所以要定时派人巡视管理，但百密总有一疏，仍有已故障或使用年数的限制即将到期的路灯未被发现，恐造成城市治安或交通问题。因此，许多城市把传统路灯转换智能路灯，透过无线通信串起城市每盏路灯，除了精确地掌握路灯状况，及时维修和预防维护，也根据周围环境来调节路灯亮度。

  此外，路灯智能化应用不仅局限在照明功能方面，也有城市在灯杆放置各种传感器，例如空气侦测、车流侦测、人流侦测器，或者利用IP摄像头来搜集数据，让政府可以提出相关策略改善交通、治安或环境问题等。

  在部署IoT装置时，厂商经常要考虑摆放位置与供电方面问题，由于原先路灯设备已拥有24小时供电特性，以及已经建置完成的路灯系统，同时解决了IoT设备长期面对的两大问题，有助在城市建立强大的物联网系统。

  目前智能路灯主要发挥两大功能是控制和监测。在控制方面，过去传统路灯让每盏路灯都在固定时间开启，并且发出相同流明(Lumen)数的光，造成电力浪费。智能路灯能协助管理者依据环境、时间、人流或车流等因素，每隔一两个小时或自行设定频率回报路灯状况，根据回报数据在远端控制路灯开关与亮度，有效率地发挥城市照明功能。

  在监测方面，传统路灯故障仅能依靠人工巡逻方式来检视，除了耗费人力成本与时间成本外，也无法精准地掌握每盏路灯情形。智能路灯则能利用有线或无线通信来串接所有城市内的路灯，在管理后台检视每盏路灯情况，一旦系统发出警示时，管理者能及时前往维修，提升维护的效率，甚至也能管控每盏路灯的生命周期。

  然而，智能路灯的建置需求范围大且数量多，政府希望可以降低建置成本。因此，在成本与效率考虑下，当今大部分城市选择成本低、耗能少和传输范围广的低功耗广域(Low Power Wide Area Network, LPWA)网络做为智能路灯之间主要通信模式。现今智能路灯常见使用的LPWA技术有NB-IoT、LoRa，两者属于星状拓扑(Star Topology)结构，还有部分城市采用的Wi-SUN则属于网状拓扑(Mesh Topology)结构。目前国外已经有城市利用网状拓扑方式，传递每盏路灯分析结果至匣道器或后台，再利用类似投票方式决定结果，例如1,000盏路灯中有800盏分析结果表示已达到开灯标准，由智能路灯系统自主决定整个城市路灯的开关和亮度。

  另外，从LPWA通信模组特性检视，因为NB-IoT是运行于授权频段(Licensed Band)的3GPP标准，受到许多电信业者支持，以及早期在中国通信设施厂商大力推行下，目前成为智能路灯最常用的通信模式。u-blox商业开发主任陈思达表示，电信营运商本身已经在都会区建置了移动网络基地台，可沿用原来的基本的建设，不需要另外规画便可快速导入，此外，与使用免授权频段(Unlicensed Band)的通信技术相比，NB -IoT不容易受其他信号干扰而出现数据掉包的情况，什至能使用电信营运商提供的NB-IoT相关后续服务，才造成很多城市建置的智能路灯偏好支援NB-IoT，但像LoRa这类免授权频段更适合建置在行动通信网络信号覆盖较差的区域，例如山区或海边，以填补NB-IoT通信范围不足。

  再从当前智能路灯情况去看，智能路灯大多数都在人口密集的地方，设置基地台密度也较高，采用NB-IoT技术较不会有信号盲区的问题，但电信营运商会基于商业考虑，较不会在人烟稀少区域特别建置一座基地台，因此也有业者考虑在智能路灯内建置Wi-SUN模组，较不受基地台设置地点的影响，具有较高的部署弹性。目前，英国伦敦、美国迈阿密、法国巴黎和广州的智能路灯都采用Wi-SUN通信模组。

  智能路灯内通信模组除了提供通信功能外，市场上专门锁定智能路灯开发NB-IoT通信模组也嵌入卫星导航系统(GNSS)系统，能够精准标志每盏路灯位置，虽然现有NB -IoT模组已经有提供一套GPS系统，但在大楼之间反射情况下，真实定位与反射定位有落差，所以还需额外加装一套GNSS模组，提供更精准的定位。

  目前LPWA大范围的应用在整个世界智能城市当中，各国采取的通信模式也不同，例如在国内是NB-IoT，美国则以LTE Cat M1为智能路灯主要通信模式。因此，IC业者在设计应用智能路灯的芯片朝向双模化，因应不同国家规格。

  现在大部份芯片都采取双模方式，这对于开发智能路灯厂商来说能省下成本，例如通信芯片同时整合NB-IoT与LTE Cat M1通信模式，能轻易导入到不同国家的智能路灯。

  现在大部份芯片都采取双模方式，这对于开发智能路灯厂商来说能省下成本，例如通信芯片同时整合NB-IoT与LTE Cat M1通信模式，能轻易导入到不同国家的智能路灯。

  Nordic区域销售经理陈俊志提出智能路灯的通信芯片双模化慢慢的变成为趋势，厂商除了能省下成本外也能快速进入其他国家。

  部分东南亚国家的智能路灯没有建置NB-IoT跟LTE Cat M1通信模组，仅依靠LTE Cat 1方式来传递数据，因此在路灯控制器除了嵌入NB-IoT外，还要另外嵌入LTE Cat 1通信模组。

  不但如此，大多数智能路灯使用NB-IoT通信模组，只会放入单一电信营运商的SIM卡。然而，城市若遭遇天灾问题，个别电信营运商的基地台毁损，经常需要7天以上时间才完成维修，这段期间导致智能路灯没办法提供通信服务，等同智能路灯失去效用。对此，厂商会在路灯控制器设计双重SIM卡模式来解决此情形，但相对地成本也提高。

  路灯应用增加扩大选择中频宽通信技术智能路灯在长距离利用LPWA与其他智能路灯通信，搜集数据来控制照明开关和亮度外，短距离通信则利用Wi-Fi、蓝牙或行动网络，例如震动或环境感测器与路灯之间的通信。

  不仅如此，随只能路灯的应用陆续增加，例如空气感测、数字广告牌、语音广播或IP摄像头等，其搜集的数据也将会整合一起，统一传送信息至后台。现在通信模组仅嵌入在路灯控制器内，各项设备也都是独立嵌入NB-IoT模组来控制，但无法确定是不是能够整合别的设备统一来控制。

  然而，目前NB-IoT最高频宽仅有1Mbps，仅能负荷少数数据量。原本路灯控制器只控制路灯本身，但因慢慢的变多装置挂载在灯杆，包括影像数据，因此就需要LTE Cat M1或LTE Cat 1才能负载整合后的传输量。于是，原先使用NB-IoT联网的智能路灯，需转向选择使用频宽较大的LTE Cat 1。对此，虽然LTE Cat 1通信频宽可高达10Mbps，但从成本上考虑，目前LTE Cat 1价格是NB-IoT的2倍，NB-IoT成本仍是最便宜，除非LTE Cat 1使用量达到足够的经济规模，其价格才会降低。

  除了NB-IoT外，Wi-SUN也因应智能路灯的功能持续不断的增加，最近也开始拟定规格升级。Wi-SUN第一代只能提供300kpbs，目前正在拟定Wi-SUN第二代规格往更大频宽而行，最高能够达到2.5Mpbs，未来嵌入Wi-SUN通信模组的智能路灯能够传递声音，预计在2021年底或2022年初正式对外发布。