新世代LPWA技術滿足物聯網新興需求，Wi-SUN能源智慧監測協助零碳轉型，HaLow市場需求逐漸浮現，Mioty適合發展車隊管理/資產追蹤，DECT-2020為使用非授權的5G技術，NR-RedCap則瞄準智慧穿戴/影音應用。
物聯網(IoT)市場持續擴大，新興應用如雨後春筍冒出頭，低功耗廣域網路(Low Power Wide Area, LPWA)技術除了NB-IoT、LTE-M、LoRa、Sigfox等主流技術之外，近期Wi-SUN、HaLow、Mioty、DECT-2020等技術也逐漸嶄露頭角，因應IoT市場的破碎化特性，透過不同的技術設定與市場區隔，滿足新興應用的需求。
LPWA藉其低成本、長距離、低功耗的技術特性，成為許多物聯網場景中最適合的通訊技術。過去如智慧三表、煙霧感測器、環境資訊蒐集等物聯網設備大宗應用都是以此技術為主流；未來，全球性資產追蹤、資訊安全、影像傳輸等的需求逐漸興起，也讓新興LPWA技術找到市場切入點，逐漸在物聯網市場站穩腳步。
Wi-SUN切入能源智慧監測
物聯網市場持續成長，被看好每年市場有數十億甚至百億裝置出貨量的潛力，但是應用多元破碎，不同應用需求的技術規格差異甚大，除了第一波嶄露頭角的NB-IoT、LTE-M、LoRa、Sigfox技術之外，近來也出現第二波技術浮出檯面的趨勢，TrendForce研究總監謝雨珊(圖1)表示，Wi-SUN技術基於IEEE 802.15.4無線標準支援IPv6協議，優勢為採用具跳頻功能的網狀(Mesh)網路架構，提供高穩健性水準，運作於sub-GHz頻段，每個區域都有專用的PHY，傳輸距離長，亦吸引許多供應商投入，近期更力推認證規範，強化產品互聯互通。
圖1 TrendForce研究總監謝雨珊表示從Wi-SUN應用來看，2021年智慧電表占整體應用50%以上。
而隨著智慧聯網設備的使用增加、智慧城市和智慧基礎設施發展、各國力促新政策與可再生能源目標，亦推動全球Wi-SUN技術市場成長。謝雨珊強調，從Wi-SUN應用來看，2021年智慧電表占整體應用50%以上，預估到2030年仍為主流；另智慧建築部分預計將從2021~2030年以25%的年複合成長率(CAGR)成長。
Silicon Labs物聯網無線技術經理Cristian Cotiga認為，Wi-SUN集結一群廠商組成聯盟進行技術開發，除產品認證規範已上路，產業生態系也逐漸成型，目前已部署超過1億個具備Wi-SUN功能的節點，至於開放性方面，其採用UDP和IPv6這類經過驗證且廣泛應用的協議，支援在上層實現統一，並且可以利用與企業應用、網路管理、服務品質(QoS)、安全功能和人才庫相關的知識和專業技能。這些因素對於開發和部署大規模的智慧量表和智慧城市網路與應用相當重要。
HaLow/Mioty逐漸浮出水面
謝雨珊說明，由IEEE發展的HaLow具備讓裝置能長時間睡眠的節能特點，提供廣泛的電源選擇，從用於短距離應用的小型電池，到超過1公里的大電池、高功率的裝置。WiFi HaLow已開發多年，其優勢之一是能使用sub-GHz的頻段提供1公里的遠端連接和140kbps的傳輸速率，最大頻寬可提升至43.3Mbps，足以傳輸高畫質影像，潛在市場包括工業感測器網路系統、智慧安全監控、大樓自動化、智慧農業、聯網汽車、家庭自動化、數位醫療系統、工業自動化等。
新興的Mioty則是為大規模工業和商業物聯網部署而建構，應用包括優化維護模型、零件庫存優化、資產管理和追蹤、狀態和環境監控、智慧計量、AR創新應用、產品研發等。其優勢在於透過編碼和窄頻操作整合可達長距離RF通訊，並降低耗能。
Mioty由德國Fraunhofer開發，同樣運作在sub-GHz頻段，謝雨珊說，與藍牙或Wi-Fi等2.4GHz無線技術相比，該頻段具有更長的範圍但傳輸速率較低，然到目前為止，僅有一家晶片供應商TI，發展剛剛起步。Mioty傳輸距離可達15公里以上，只需幾個基地台即可覆蓋大型工業場域或油田等室外區域；此外，Ｍioty設備可在時速120公里移動時進行通訊，而不會出現訊號衰減問題，主要應用為車隊管理、資產追蹤和竊盜檢測等。
DECT-2020 NR非蜂巢5G物聯網技術
NB-IoT與LTE-M由於是3GPP主導的技術，且運作於授權頻段，不僅服務品質與安全性有基本保障，且有全球超過300家電信營運商協助推廣，推出後迅速成為主流LPWA技術，但是其服務收費性質也成為推廣的阻力之一，始終遭受許多免服務費技術的挑戰，因此，歐洲ETSI發展全球第一個非蜂巢5G網路技術標準DECT-2020 NR，也通過國際電信聯盟(ITU)無線電通訊部門ITU-R工作小組的同意，納入IMT-2020技術建議書中，成為5G標準之一。
DECT-2020 NR是以早期家用無線電話的DECT數位通訊標準為基礎設計，能支援各種IoT裝置聯網應用，從智慧電表、工業4.0到智慧建築、物流和智慧城市等應用。Nordic台灣區業務經理陳俊志(圖2)解釋，DECT-2020是第一個可以支援頻譜共享和多個不同行動網路頻段共用的LPWA技術，技術優勢包括：不需要電信營運商服務，也不需要透過5G基地台，同樣使用免授權頻段，目前鎖定1.9GHz頻段，傳輸速率最高可達9Gbps，傳輸距離設定在長距離的10幾公里以內，速率亦可達到2~3Mbps，具備有密集且大規模網路連接能力，成本預計只有蜂巢式網路的十分之一。
圖2 Nordic台灣區業務經理陳俊志認為DECT-2020使用免授權頻段，目前鎖定1.9GHz頻段，傳輸速率最高可達9Gbps。
從技術角度來看，ETSI表示，該標準與5G蜂巢式網路最大差別，在於其採用去中心化網路架構，在此架構下，每台5G設備或裝置都可以視為一個網路路由器，如同5G小型基地台，作為5G網路節點，彼此互連。陳俊志強調，網路架構可以彈性設計成傳統星狀或網狀網路，不只能在5G網路中自動增加設備新節點，也能從所有節點中找到最佳網路路徑，甚至只要其中一個網路節點出問題，其他節點能迅速重建新的互連網路，以提高可靠度。Nordic也已與Wirepas合作，採用Nordic nRF9160硬體的物理層(PHY)與MAC電路，Wirepas負責發展通訊協定軟體，預計2022年底推出第一版解決方案。
NR-RedCap瞄準智慧穿戴/影音應用
針對非授權頻段LPWA技術的持續發展，3GPP帶領的IoT技術也沒有停下腳步，資策會系統所副主任李永台表示，2021年底到2022年初完成制定的R17規範，包含IoT-NTN(Non-Terrestrial Networks)亦即物聯網非地面網路，將透過衛星擴展訊號的覆蓋範圍。
另外，亦將導入NR-RedCap(New Radio Reduced Capability)的物聯網技術標準，其技術特性在於僅用10MHz的頻寬，就可達到150Mbps的資料傳輸速度，並降低裝置的功耗。李永台指出，透過減少射頻鏈路數量並簡化MIMO和訊號調變方式，RedCap的成本可以降低2~5倍，並導入省電技術喚醒訊號(Wake-Up Signal, WUS)，透過延長喚醒間隔也能降低RedCap裝置的功耗。
以智慧手表為例的穿戴式裝置是RedCap的目標市場之一，其下載75Mbps的傳輸速率將能支援視訊通話這類多媒體應用，5G RedCap需要的射頻通訊鏈路較為簡單，需要的天線數目較傳統5G要少，因此能滿足穿戴式裝置對於尺寸的需求，另一類應用是以安防為代表的視訊監控應用。5G RedCap標準預計於2022年第二季釋出，其後晶片將於2023年第四季左右上市，最早可能會在2024年看到使用5G RedCap的穿戴式裝置。
LPWA安全性威脅日益升高
另一方面，物聯網規模越來越大，聯網裝置大幅增加，也引發物聯網安全的疑慮，恩智浦半導體全球產品經理Thomas Lorbach舉例，在全歐洲流通運送的塑膠棧板，不太可能固定出現在某處，即使位置資訊被蒐集，也不易對隱私造成損害。然而瓦斯表或水表，可反向追蹤位置，消費者與供應商之間的通訊有被截聽、偽冒的可能，傳輸的訊息也相對有意義，就需要對資料進行加密(AES128或AES256)，提升對重送攻擊(Replay attack)和身份驗證的保護。
因物聯網架構分為感知層、平台層與網路層，涉及範圍非常廣，謝雨珊說，LPWA資訊安全會涉及晶片、系統與應用，甚至到雲端，需每個環節都要考量，以Wi-SUN為例，其安全性由基於x.509證書的公鑰基礎設施奠定，以驗證設備與高級加密標準(AES)加密和訊息完整性檢查。設備透過將其儲存在可強化加密處理器中或使用物理不可複製功能(Physically Unclonable Function, PUF)技術來保護其數位憑證。HaLow的安全性通常基於WPA 3協議和可用的個人和企業解決方案。Mioty則為128位元AES加密。LoRa則是基於IEEE 802.15.4無線網路的安全性，在LoRa中實現帶有密鑰交換的AES加密。