物聯網應用具備破碎化特性，因此3GPP持續針對技術規格改善，延伸頻寬與延遲性的技術規格，讓物聯網的應用可以持續擴展，物聯網需求將朝向垂直產業與消費性應用發展，LoRa與Sigfox也致力掌握自身技術的優勢，發展適合的應用領域與商業模式。
物聯網(IoT)過去幾年由產業熱門話題，變成深入多樣化產業應用，並與一般民眾生活關係日益密切的技術服務。
以主流的蜂巢式物聯網為例，NB-IoT與LTE-M規格日趨穩定，3GPP R13與R14版本的晶片模組，不僅已經大規模布建，價格也逐漸降到具競爭力的水準，加上全球各地電信營運商持續商轉物聯網服務，未來幾年IoT服務將呈現穩定成長趨勢。
另外，物聯網應用具備破碎化特性，也造成相關應用推動的困難，因此3GPP持續針對技術規格改善，R15版本內容強化NB-IoT與LTE-M的穩定性與應用領域；即將底定的R16版本就網路運作效率進一步強化，並讓NB-IoT可以運作在5G網路架構下，未來R17版本將以5G NR為基礎，延伸頻寬與延遲性的技術規格，讓物聯網的應用可以持續擴展、技術改版與應用發展同時並進，使蜂巢式物聯網持續穩定發展。
LPWA應用成長性佳
根據愛立信(Ericsson)2019年11月發表的行動趨勢報告指出，在確定已啟動至少一種NB-IoT或LTE-M技術的114個電信服務供應商中，近25%的公司同時提供這兩種技術。
預計到2025年底，蜂巢式物聯網連接總數將從2019年底的13億增加到50億，其中NB-IoT和LTE-M約占所有蜂巢式物聯網連接的52%，連接數量約26億。亞太地區是蜂巢式物聯網市場發展的重心，到2019年底，該地區占所有蜂巢式物聯網連接的60%，到2025年將增加到68%。
而另一家產業研究機構IHS的數據則顯示，2018年低功耗廣域網路(Low Power Wide Area, LPWA)連接數為1.5億(圖1)，2023年整體產業可成長至17億的規模，2018~2023年複合成長率(CAGR)達62.9%。
圖1 2018~2023年LPWA技術聯接數量趨勢 資料來源：IHS Markit(2019)
分別檢視三個主要技術類型，u-blox商業開發經理陳曉誾(圖2)指出，蜂巢式的NB-IoT與LTE-M使用授權頻段近年較受關注，NB-IoT 2019年連接數已達6.49億，2020年將輕鬆突破十億大關，達12.96億，2022年以後超越LoRa成為最大的LPWA技術，2018~2023年CAGR達93%；LTE-M數量不及NB-IoT，2019年約1.05億，但成長力道不遑多讓，到2023年也會突破10億，2018~2023年CAGR達103%。
圖2 u-blox商業開發經理陳曉誾表示物聯網應用中蜂巢式NB-IoT與LTE-M使用授權頻段較受產業關注。
此外，早期投入LPWA發展的LoRa與Sigfox占有先發優勢，工研院產科國際所產業分析師陳佳滎表示，截至2019年10月，LoRa已有121家營運商投入、76個營運商聯盟成員，約142個國家導入，2019年已有高達12.33億連接數，2020年開始將受到NB-IoT更強大的競爭壓力，但2023年連接數還是可以高達73.07億，2018~2023年CAGR達56%。
Sigfox則採用全球化營運，沒有漫遊問題，且涵蓋範圍大、資費低廉的特性，在跨國資產追蹤上開拓不少應用，2023年全球連接數可達5.8億左右，2018~2023年CAGR也達57%。
NB-IoT/LTE-M產業鏈日益完整
綜觀LPWA的發展，Quectel產品總監魏來(圖3)觀察東西方最大市場概況，提及中國較專注發展NB-IoT，美國則側重於LTE-M，均取得不俗的成績，其餘區域市場則各有偏重。2020年，NB-IoT會繼續在全球快速發展。
圖3 Quectel產品總監魏來認為中國較專注發展NB-IoT，美國則側重於LTE-M，均取得了不俗的成績。
此外，根據GSA 2019年9月發表的報告，全球已有114個營運商布建142個商用網路，世界主要經濟體和金磚國家都已經完成NB-IoT網路商用計畫。
NB-IoT/LTE-M產業鏈與營運網路呈現同步發展的趨勢，隨著營運網路持續增加與擴張，產業鏈也日漸完整，包括晶片供應商如聯發科(MTK)、高通(Qualcomm)、海思(HiSilicon)、Nordic、中興微電子、Sequans等，模組如u-blox、Telit、Sierra Wireless、SIMCOM、Quectel、中磊、泰金寶等，閘道器/基地台如Ericsson、Nokia、華為，與數百家電信營運商共同形成龐大完整的產業支持體系。 GSA統計目前已有26款晶片至少支援一項規格，其中有12款支援多模規格；支援NB-IoT/LTE-M的模組與終端產品，更已達303款。
由於全球2G/3G網路頻段將陸續回收，魏來認為，接下來三年NB-IoT和LTE-M將從中獲益，得到長足發展。
陳曉誾進一步說明，加拿大的Roger Wireless 2020年計畫關閉2G網路；Telenor Norway計畫於2020年先關閉3G網路，至2025年再結束2G網路；2021年Swisscom與Telefonica也將陸續結束2G網路。這些網路多半應用傳統的2G晶片模組布建M2M服務，服務結束預期也將推動相關服務升級到NB-IoT與LTE-M。
R13/14穩定發展擴張物聯網基礎應用
在技術規格發展部分，目前已經布建的模組以R13版本為主，雖然R13功能最為局限，但因為技術相對成熟，據了解，在中國大陸低價的R13單模NB-IoT模組價格已經達3美元左右的水準，跟2G/3G模組相距不遠。
陳佳滎說，至2019年6月前，三大晶片廠高通、聯發科、海思皆已推出支援R14版本的晶片，但2019年該版本的普及度不高，除了終端仍須通過驗證與互通性測試之外，物聯網應用要求穩定性，已布建的應用不會貿然更換，預計2020年導入的新應用與網路採用R14版本產品會更普遍。
R15版本於2019年3月底定，NB-IoT與LTE-M正式被納入5G標準，魏來解釋，這意味著NB-IoT具備長期發展能力，未來將能夠接入5G核心網路，R15強化到達時間差量測法(OTDOA)基地台定位、支援更多裝置聯結能力，並降低耗電量與延遲時間。NB-IoT支援分時多工(TDD)、電信等級QoS(Quality of Service)反饋能力；LTE-M則導入更高階的64QAM調變。
由於物聯網應用的破碎化，不同應用之間的技術需求、系統設計、資料蒐集、管理架構等皆有差異性，也造成物聯網系統客製化需求程度高。
從標準發展層面來觀察，資策會系統所副主任李永台(圖4)表示，3GPP持續改善蜂巢式物聯網技術規格，每次的改版除了功能強化之外，更重要的是因應物聯網發展需求擴展技術涵蓋層面，讓NB-IoT/LTE-M可以滿足不同的應用需求，未來蜂巢式物聯網規格版本也將越來越多，朝向「破碎化發展」，以配合產業特性。
圖4 資策會系統所副主任李永台提出3GPP改善蜂巢式物聯網技術規格，讓NB-IoT/LTE-M可滿足新興應用需求。
NB-IoT/LTE-M新版本擴大應用範疇
預計於2020年3月底定的R16技術版本，李永台指出，將強化移動性、無允諾傳輸(Grant-Free Access)、同時多用戶傳輸，如MU-MIMO(Multi-User Multiple Inputs Multiple Outputs)、強化群體訊息機制、支援接入5G核心網路等，相關的規格討論已接近定案。
但受到近期中國新型冠狀病毒肺炎疫情影響，3GPP 2020年第一季的會議時程大亂，出現取消、延期或改成線上會議的狀況，R16技術規格的拍板應該也會因此遞延到2020年第二季之後，實際狀況還有待觀察。
不過目前市場應用部分應該以R13與R14版本為主流，陳曉誾說，R13定位在固定式的應用，如與智慧城市相關的物聯網基礎建設服務為主；而R14因為強化了移動性與定位功能，會以消費性為主要應用範疇，導入個人、可移動式的產品與服務；R15與R16會運作於5G網路，晶片與模組2020年問世的機率不高，除產品開發時程之外，目前5G網路的普及度不高，電信營運商與晶片模組廠的重點應該仍放在R13、R14服務的推廣。
R17 NR_REDCAP發展高頻寬/低延遲IoT
而目前3GPP的R17版本已經開始討論(圖5)，內容規格並未完全定案。R17版本規格在物聯網應用的部分，最早有廠商提出建議命名為NR-Lite，後來因為部分考量改成NR-Light，不屬於NB-IoT或LTE-M的強化版，而是全新的物聯網規格，其功能比NB-IoT/LTE-M更強大，李永台舉例，NR-Light可以僅占用10或20MHz的頻寬，並提供100Mbps下行鏈路和50Mbps上行鏈路的流通量，使其成為適用於高階穿戴式裝置或工業物聯網相機和感測器等使用情境的技術。
圖5 3GPP下個階段R16/R17標準訂定時程
2019年12月，相關討論又出現新的描述，也揚棄了NR-Light的名稱，使用Reduced Capability NR Devices簡稱NR_REDCAP，這個新版本的規格會介於5G三大情境的mMTC與URLLC之間，傳輸速率高於NB-IoT/LTE-M，並降低網路延遲，以滿足未來物聯網應用中，需求更高資料傳輸速率與低延遲的應用。
該標準原訂於2021年完成，但受到近期中國疫情影響，R16遞延機率大幅提高，依此情勢，R17的進程可能也會受到影響。
從現階段的討論深入觀察，不管最後拍板名稱是否會再變動，技術目標希望能滿足下個階段的物聯網應用，而此規格希望能與5G核心網路與架構達成更高度的整合，希望能滿足運作於更多樣化的裝置類型，不受限於裝置的尺寸與運作的情境，希望該規格可以支援低頻段的FR1與高頻段的FR2與FDD、TDD網路架構。應用部分可滿足工業感測網路(Industrial Wireless Sensors)、影像監控(Video Surveillance)、穿戴式裝置(Wearables)需求。
掌握新興應用發展契機為勝出關鍵
有鑑於近年物聯網產業的發展趨勢，屬於大規模基礎建設的應用，如智慧讀表、智慧路燈，需要由政府單位發動，目前是批量式的更新，業務模式可能為B2G2C或B2G2X，像中國這樣的發展中國家，可以在部分新導入的應用上高達數百萬規模的一次性導入，算是最可觀的發展動態，預期這類型應用也將是未來幾年的發展重點，透過成熟的R13/R14方案，相信在許多基礎建設上可以有所斬獲。
而以三大主流技術，NB-IoT/LTE-M、LoRa、Sigfox來看，已經各自逐漸找到市場定位，過去業界認為技術出現零和競爭的情況降低—NB-IoT/LTE-M會以大規模應用、能建立商業模式、訊息與服務具敏感性的類型為主。
LoRa則因為使用非授權頻段，會更深入在各種專業領域，終端使用者對網路自主性高的應用，如農林漁牧的管理為主；Sigfox則擁有涵蓋範圍廣泛、可全球運籌、資料需求量低的應用為主，未來三個技術之間合作將大於競爭。
展望未來，物聯網需求將朝向垂直產業與消費性應用發展，這類應用最大的特點就是破碎化，這也呼應了3GPP物聯網標準制定工作的重點，未來物聯網標準將提出更多不同頻寬與延遲的規格，以便設計出更多符合新興物聯網應用的晶片與終端。
對物聯網廠商而言，最大的挑戰便是如何在規格選擇上做出正確的抉擇，開發出適合的產品，並選擇成長性佳的未來應用，未來新興的物聯網應用必定如雨後春筍，但相信成長性有許多差異，能作出正確判斷與資源投入的廠商才會是最後的贏家。