低功耗廣域網路(LPWAN)發展歷經多年的更迭，商用腳步開始愈趨明朗化，特別是3GPP所訂定的NB-IoT技術，以及非授權頻段的LoRa，雙方兵分二路插旗搶灘物聯網市場，為物聯網應用挹注強勁推力。
物聯網發展十年磨一劍，過去萬物聯網的口號沿用至今，似乎開始隨著各類型聯網技術的標準制定，以及晶片、模組的成熟發展，而有了長足的進展。資策會系統所先進通訊系統中心副主任李永台(圖1)表示，物聯網概念興起以來，有很長一段時間沒有低成本mMTC的標準制定，直到2015年LoRa推動未授權頻段的低功耗廣域應用標準，才逐漸帶動物聯網市場活絡起來；隨後隔年3GPP亦發表NB-IoT標準，為低功耗廣域發展帶來重要突破。
圖1 圖左自右分別為資策會系統所先進通訊系統中心副主任李永台、資策會系統所工程師林奕廷。
中科院資訊通信研究所所長林高洲(圖2)談到，行動物聯網意味著使用者可依照產品網路傳輸需求來選擇合適的行動通訊，串聯人、機器與系統間的無縫聯網服務；依據資料傳輸量、使用頻寬、即時性及感測裝置移動速度的不同，分別可應用於多項產業，如車聯網、智慧製造、智慧穿戴、智慧安防、生理監測、智慧停車等範疇。
圖2 中科院資訊通信研究所所長林高洲
在次世代行動通訊網路的潮流中，確保資訊安全以防個資或機密外洩極為重要。
然而NB-IoT在應用上面仍遭遇到很多瓶頸。李永台指出，目前大多工業或農業應用場域，使用週期是十年為一個單位，而就目前情況約莫一年半就會有新的NB-IoT版本演進，使得廠商在投入上會有所遲疑；再者，目前電信業者所提供R13版本的物聯網資費方案，對於投入廠商的成本費用考量也是重點之一。
資策會系統所工程師林奕廷補充，由於NB-IoT採用的是電信商網路，所以針對一些特殊應用領域，或者對於資料隱私安全較重視的廠商，大多會擔心該公司的資料是否有可能會被電信商竊取或儲存的問題，也成為行動物聯網應用另一大阻因。
NB-IoT/LTE-M雙模設計催油門
如同上述所言，由於目前NB-IoT的規格還在變動當中，因此解決方案設計的架構很重要。Nordic地區銷售經理陳俊志表示，晶片廠商最主要關鍵點還是晶片設計考量，假使晶片商當時數據機只能支援到某種程度、某種版本、內建記憶體無法更新，或能夠更新空間有局限，會影響到舊產品用在新版本應用。因此，該公司認為數據機內建快閃記憶體是非常重要的一環，此舉能讓使用者在本地更新，或透過電信商OTA更新韌體，使該產品達到支援新版本的NB-IoT或LTE-M。
陳俊志談到，NB-IoT越後面的版本，會希望加入更多LTE功能，即便市場上有很多便宜、單模的NB-IoT晶片或模組，但這些產品設計之初並未考量到增添LTE功能，故雖然現在市場上便宜，但是否能滿足於未來版本的相容性訴求，就無從得知；相反的Nordic在晶片設計時，即顧慮到未來產品的延續性問題，因此主張提供雙模數據機的設計方案，同時搭載快閃記憶體以便支援後續更新。
一般而言較需要更新版本的應用為消費型產品，例如智慧手表的使用者採用蜂巢式應用技術，就不需要一直與手機連線，使用者出去運動時就無須隨身攜帶手機。面對這類型的消費型產品一定須要不斷更新，因為消費者使用頻率很高，通常一發生問題就會要求立即修正。
陳俊志指出，Nordic觀察到許多客戶初期採用NB-IoT大多是看重其省電、遠距傳輸的優點，但卻忽略移動性問題。以技術觀點來看，NB-IoT須要與電信機端維持一定的連線品質，當NB-IoT裝置離基地台越遠，就會自動提高功率以維持一定的連線品質直到斷線，而過程中就會耗費電池能源；相較之下LTE-M有換手(Handover)的功能，會在適當的時間點切換另外一個基地台，達到更省電的目的。
再者，在單一應用場域當中，無法每個裝置都透過有線(或無線)的方式就地更新，有時可能需要電信基地台更新韌體到裝置裡，在相同資料量的基礎下，NB-IoT所須花費的傳輸時間與LTE-M相差約6~7倍左右，更新過程中會耗很多電池能源，也因如此NB-IoT沒有想像中的省電。在這情況下，雙模設計模式有一定的優勢。例如一個支援雙模的抄表固定型客戶，平常抄表都是以NB-IoT作為傳輸通道，當需要更新韌體時會自動切換LTE-M更新，藉此縮短更新所花費的電池能量。
相較於NB-IoT所面臨的挑戰，在非授權頻段的LoRa來看，根本不成問題。因為LoRa本身技術上的優勢在於可以建構私有網路，因此網路的傳輸資訊掌握在使用者手中。但相反的，由於LoRa應用大多鎖定在垂直產業，相關供應廠商能否維持營運十年以上也是考量因素；再者，LoRa運行於非授權頻段，本身存在容易被干擾的問題，網路效能是否能確保穩定與安全，實為亟欲解決的課題。
LoRa私網域建置衝第一
光寶科技通訊模組事業部總經理吳松泉表示，相較於NB-IoT技術，LoRa傳輸範圍較窄一點，很適合用於私有網域的建立。從中國市場看來，採用LoRa建立私網的關注逐年攀升，且明確可看到一些特定應用將採取LoRa協定，如表計類應用，主因在於LoRa建置較為容易，瓦斯公司只要建立一個地區範圍就可以了。
據了解，網路服務平台廠商阿里巴巴及騰訊皆相繼支援LoRa協定的開發。阿里雲開發了支持LoRa的LinkWAN物聯網平台，提供LoRa節點裝置、LoRa閘道器等LoRa產品。除此之外，光寶與阿里巴巴以LoRa為基礎，以智慧城市的概念建立一個低功耗廣域的場景，內有非常多樣化的應用運行於阿里巴巴平台。為推進LoRa在中國的拓展，阿里巴巴2018年已在杭州和寧波建設LoRa網路，並已具備商用條件。
雖然與阿里巴巴的全面布局無法相比，但騰訊加入LoRa聯盟無疑也為該產業注入強大動能。為支持LoRaWAN生態系統的進一步發展，騰訊已宣布計畫在深圳與當地合作夥伴共同建立一個LoRaWAN網路，為各種物聯網應用和終端用戶(如政府公共服務)提供從設備、邊緣到雲端的LoRaWAN一體化解決方案。
另一方面，在台灣同樣也非常看好LoRa發展的中科院，針對高山偏遠地區，偵測盜伐林木的需求，研發出「人員入侵無線感測」解決方案，運用微波器偵測人員非法入侵，透過LoRa物聯網模組啟動電源並開啟攝影機及通訊機，將影像自動回傳監控中心，可在高山邊境及偏遠山區重要區域進行安全防護、智慧預警。林高洲透露，本技術已獲林務局邀請代表中華台北赴智利參加亞太經合會議(APEC)，與各國分享台灣運用科技防制盜伐的經驗。
LoRa通訊安全/資安保密不可少
事實上，中科院投入LoRa研發已有一段時間，其在通訊安全與資安保密這兩大重點上，持續深入的研究當中。林高洲表示，未來必定是萬物互聯的時代，尤其在5G發展的推動下，任何應用透過無線技術來傳達訊息、交換資料將是不可逆的發展，而這些通訊軟體伺服器極有可能掌握在製造商手中，其資料外洩的疑慮油然而生。為有效避免機密外洩情形發生，中科院針對通訊安全及資安保密範疇，投入大量資源客製化開發，並透過軍民通用技術的方式將成熟的發展經驗移轉民間，可協助政府機關及公民營事業、機構創新研發及解決各項技術瓶頸。
除了安全上的保障之外，林高洲分析，行動物聯網發展商用化須具備幾項條件，包含產品縮小化、延長通訊距離、資訊通訊傳輸安全以及生產成本的掌握。
舉例來說，中科院於2017年即投入物聯網技術研發，當時採用基頻與射頻收發模組分離設計，結合PM2.5、溫溼度、粉塵、有毒氣體、人體紅外線等感測器，成功的發展出LoRa無線感測網路；2019年更在感測多樣化、模組縮小化的目標下，將尺寸大幅縮裝至45mm×33mm×10mm，縮裝幅度達87.14%，其功能性均與原構型相當。
基於市場需求取決於生產成本，中科院縮裝型通訊模組，可將生產成本大幅降低，還可維持既有無線通訊能力，在經濟大批量生產下，生產成本可望降低20%，平均每套物聯網通訊模組可維持在台幣1,500~2,000元之間；此外還可技術移轉民間產業，提升台灣中小企業國際競爭力。
再者，物聯網技術首重低功耗與長距離的要求，中科院導入軍方發展出的「中繼轉發」技術，在不增加功率及縮小資料量前提下，將可大幅延伸通訊距離，在視距通信(LOS)環境下，經1次中繼，其距離可達30公里以上。