為因應物聯網綿延而生的各種需求，低功耗廣域網路(LPWAN)因此蓬勃發展。其中的三大無線連接技術更是人們現下關注的焦點，而安全性、生態系的維繫，以及電源效率等諸多因素亦進而影響技術發展。
低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network, LPWAN)是為了因應物聯網(Internet of Things, IoT)遠距離通訊需求而產生的技術，具有高覆蓋、低功耗和廣域連接等特性。
而Wi-SUN、LoRa、NB-IoT均為LPWAN技術的一種，其中又可以分成授權頻段(License Band)與非授權頻段(Unlicense Band)。在授權頻段方面以第三代合作夥伴計畫(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)所主導的窄頻物聯網(NB-IoT)技術為主，其採用現有的3G/4G網路，主要投入的廠商包括電信營運商以及相關的設備廠商；而使用非授權頻段的技術則處於遍地開花的情況，主要技術為Wi-SUN、LoRa等。
無線連接技術有多種選擇，且無線協定本身都有顯著的不同，但最適用於公用事業、智慧城市和工業物聯網的三種協定是Wi-SUN FAN(Field Area Networks)、LoRaWAN和NB-IoT(LTE Cat-NB)。
以下針對這三種技術進行介紹與比較分析(參見圖1)。
圖1 Wi-SUN、LoRaWAN、NB-IoT比較圖
Wi-SUN/LoRa/NB-IoT背景簡介
Wi-SUN(Wireless Smart Ubiquitous Network)聯盟成立於2012年，是基於IEEE 802.15.4g規範、IEEE 802和IETF IPv6標準的開放規範。Wi-SUN聯盟有250多家成員公司，他們共同推出150多種Wi-SUN認證產品。
Wi-SUN FAN是一種網狀網路通訊協定，網路中的每個設備都可以與相鄰設備通訊，使得訊息可以在網路中的每個節點之間進行非常長距離的跳轉。Wi-SUN FAN專門為較大範圍的端點設計，這些端點更適合被應用於戶外、長距離傳輸。
Wi-SUN FAN具有自組網(Self-forming)功能，可以輕鬆將新設備添加到網路；同時具有自我修復(Self-healing)功能，如果一條路徑斷線，網路將自動重新路由到閘道。
目前Wi-SUN聯盟會員們在全球已部署超過9,500萬個支援Wi-SUN的設備，使智慧電表和路燈等設備能夠連接到公共網路，在公用事業和智慧城市應用中很受歡迎。
LoRa是美國半導體製造商Semtech購併的法國公司Cycleo開發的無線通訊技術，在此基礎與IBM合作完成規範，並由Semtech、IBM、Cisco為核心所組成的LoRa聯盟推動相關發展，目前有400多家會員。
LoRaWAN是在Semtech專有LoRa無線電設計基礎上構建的公共規範，從端點到端點的角度來看，其並非完全開放，而且迄今為止，Semtech只提供有限的智慧財產權，LoRaWAN的供應商生態系統各不相同，這意味著設備和設備間不能保證可完全相互操作(Interoperable)。
NB-IoT也被稱為LTE Cat-NB，由國際電信標準制定組織3GPP所支持，針對IoT打造的電信級網路，NB-IoT出現在3GPP的R13(Release 13)規範中，由3GPP主導加上三大電信設備商諾基亞(Nokia)、愛立信(Ericsson)、華為(Huawei)支持，無須布建新的網路，可利用軟體升級的方式，目前在亞洲、歐洲、美洲等區域已開通實驗網。
安全性為維繫物聯網重要關鍵
安全性(Security)已經成為物聯網討論的重要一環，Wi-SUN聯盟旨在提供經驗證的企業級安全認證。
Wi-SUN FAN的關鍵區別在於其本地公開金鑰基礎設施(Public-key Infrastructure, PKI)整合，為網路上的每個設備提供安全認證功能。
如此可以確保設備不會被惡意修改程式，因而證明傳入的韌體更新是系統認可的，對於將要被布建在戶外數年甚至數十年的設備尤其重要。 另一個特性是對IPv6與相關網路安全特性的支援，如入侵偵測、流量塑形、網路分析和滲透測試等，使得Wi-SUN FAN能夠更有效抵禦DOS(Denial-of-service)攻擊。
雖然LoRaWAN和NB-IoT有很多方法可以做到上述支援，但是在規模上，Wi-SUN FAN的生態系統由於有公開標準作為基礎因而更加容易達到，其生態系統獲得晶片供應商、軟體公司和安全專家的大力支持(參見表1)。
生態系統支援網路標準
健康的生態系統(Ecosystem)對於網路標準的成功至關重要。在推廣聯盟的支援下，生態系統應提供大量可交互操作的產品，廣泛應用於物聯網中。
Wi-SUN聯盟由250多家成員公司組成，成員包括晶片和產品供應商、軟體公司、公用事業、學術機構、政府機構和監管組織。
其中每個成員都透過一系列針對多供應商互通性的測試和認證計畫，為生態系統作出貢獻。
LoRa聯盟擁有400多個成員，晶片廠商算是相對弱勢的一環。LoRa雖然積極與晶片商合作，但其網路核心技術還是掌握在發起廠商之一的Semtech身上，晶片廠商要合作通常是以MCU搭配Semtech的通訊晶片，或者以模組的方式推出；而且尚不清楚每個成員的產品在該生態系統中的可互通性。此外，市場上出現私有LoRa設備使情況變得更為複雜。
其尚未發展一個成熟的供應商生態系統。
電源效率影響供電設備部署
LPWAN協定使電池供電設備的部署能夠持續多年。然而，協定的選擇與訊息頻率的要求，將決定電池的使用壽命為三年或十年，且較低的功耗通常需要在功能上妥協。
設備可設計用於頻繁(間隔10秒)低延遲通訊，休眠時小於2μA，接收時約8mA，發送時+10dBm小於14mA。
低延遲功能支援需求指令(On-demand Commands)，而不是等待設備喚醒並從網路接收或發送消息。
設備通常可設計用於不頻繁的通訊(128秒間隔)，休眠時為2μA，但在接收時比Wi-SUN FAN多50%，為12mA。 更長的延遲意味著更少的需求指令功能。
NB-IoT設備為不頻繁通訊而設計，相對功率消耗要大得多。其峰值電流為120~300mA，睡眠電流約為5μA。
網路可擴展性攸關布建成本
網路的可擴展性(Scalability)是一個重要考慮因素，像是能夠將新的產品如環境監測器或照明設備、智慧計量表添加到網路中。
Wi-SUN的網狀網路可以在容量和數量上擴展，其較高的頻寬使其更容易在未來添加更多高流量傳輸需求的產品。
Wi-SUN FAN網路可相容數百萬台設備，隨著節點增加，可靠性亦提升；而Wi-SUN FAN在城市和郊區的網路布建狀況良好。
在初始網路布建時，著手進行擴展可能需要增加新的閘道；或者一開始可能因過度配置網路設備，而付出過多的潛在成本。
此外，在人口密集城市環境中，眾多LoRaWAN周邊設備將互相干擾。
電信營運商的推廣時程，是採用NB-IoT的最大限制因素。
其客戶必須等待網域覆蓋完成，並參照先前3G和4G的經驗，而推廣時程可能會很緩慢且網域覆蓋範圍不完整。
網路/設備壽命影響供電
許多Wi-SUN FAN的網路都是以硬體包括電池壽命能達到15~20年的生命週期布建，客戶可以在網路上操作多代不同的設備，展示Wi-SUN FAN的前後相容性。
LoRa聯盟成員宣稱以電池供電的設備可運作10年，然而這些宣稱必須有延長使用期限的技術證明。
R13(Release 13)規範(Cat-NB1)無法達到10年的標準，雖然有人聲稱R14(Release 14)現在能夠實現此性能；此外，電信營運商可能因難以獲得市場需求而拖延建置計畫。
在網路布建中，Wi-SUN FAN的資訊傳輸量確實高於LoRaWAN和NB-IoT，而且具有更快的回應速度和更低的網路延遲。
於此同時，Wi-SUN FAN在睡眠和接收時消耗更低的功率。
LoRaWAN和NB-IoT較適用於通訊需求不頻繁的產品，雖然他們目前正被應用在一些計量產品，但在可擴展性、維護成本和透過網路更新韌體的能力上普遍存在問題。
(本文作者為濎通科技總經理)