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無需更換電池的全球最小款LPWA標準物聯網設備

物聯網(IoT)設備的數量已經至少是世界人口的兩倍

所謂的物聯網(IoT)本質上取決於物聯網設備。該設備收集資料並將其發送到伺服器。根據日本總務省發佈的2017年日本資通訊白皮書,全球物聯網設備數量已接近200億,用於收集各種傳感數據並通過網路發送給伺服器。

大部分近期的物聯網設備使用藍牙低功耗(BLE)技術。由於物聯網設備基本上需要長時間運行,基於便利性和成本角度考慮,低功耗運行的BLE日益受到認可。

但是,BLE的缺點是通訊距離短,其通訊距離只有10米。例如,將物聯網設備安裝在戶外或大型工廠中測量溫度和濕度並收集資料時,BLE的通訊距離顯得不足。雖有手機和智慧手機使用的無線電(現在的3G和LTE)的遠端無線通訊技術,,但將其應用於物聯網設備數目眾多的無線通訊,則通訊費用無疑會爆增。

低功耗、長距離通訊的LPWA標準

低功耗廣域(LPWA)作為物聯網的通訊技術備受關注。LPWA是一種無線技術,可實現低功耗、遠距離通訊。富士通實驗室有限公司已研發出世界上最小的感測器。該設備僅使用太陽能發電,無需更換電池。實際上,我們透過一項實驗模擬,其中溫度和濕度資料是通過距離基站7公里的設備傳輸的。通過LPWA技術,可從安裝於廣闊區域的設備獲得傳感資料,省去了建構通訊網路的大量費用。

克服LPWA缺點的兩項技術

但LPWA有一個缺點。儘管睡眠功率非常小,但由於發射時間長,發射模式下的功耗約為BLE的1,500倍。出於這個原因,BLE操作使用的傳統功率控制技術不足以用於對LPWA的太陽能傳輸。富士通實驗室通過研發出兩種太陽能供電運行的功率控制技術解決了這個問題。

一種是對應太陽能電池的特性確定傳輸時間。傳輸時間根據溫度變化,這確保了LPWA傳輸有足夠的電源電壓。

另一個是電壓監測技術。由於溫度感測器工作時所需的檢測電壓低於太陽能電池產生的電壓,所以溫度感測器可以可靠地運行。

這兩種技術的結合抑制了由溫度波動引起的太陽能發電的變化,並且通過有效使用電力將記憶元件的數量減少了一半。富士通實驗室生產了一款小型模組(82 x 24 x 6 mm),可按照LPWA標準之一—Sigfox進行通訊。在一個模擬實驗中,將7天的溫度和濕度測量資料以每4分鐘4000勒克斯的照度(與陰天戶外相同的亮度)每隔10分鐘傳送給一個距離約7公里遠的基站。FUJITSU Cloud Service K5物聯網平臺(富士通物聯網資料的平臺服務)成功顯示了這些資料。

Sigfox已在全球36個國家提供了商用服務。日本是由京瓷通訊系統有限公司提供。該公司稱該服務將於2020年3月在全國推出。

安裝感測器後,富士通實驗室所研發的技術即使電源難以保證戶外環境中也可獲取感測資料。當然,上述免電池更換設備,可長時間、免維護操作。

展望未來,在2018年財政年度,富士通實驗室會將此技術加入作為連接設備的富士通雲服務K5 IoT平臺和富士通先端科技有限公司的感測器解決方案,進行商業化演示實驗。此外,富士通實驗室將開發用於更小型設備的技術。

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