觀察市場發展近況，目前機器對機器(M2M)通訊技術或稱為機械類型通訊(MTC)技術，已受到全球產官學研相當重視，各國企業及研發單位大舉進行專利布局，
以期搶占市場。透過專利申請分析，可進一步反映MTC技術發展的現況與未來趨勢走向。
物聯網(IoT)透過整合感知、網路與訊息，為產業帶來一股新服務模式，涵蓋智慧住宅、車載聯網(V2X)、智慧電網、遠端醫療(eHealth)、物流控管(Logistics)、自動化農耕(Agriculture Automation)等。物聯網的基礎架構中存在大量各類終端通訊與感知裝置，透過各種無線和有線的長距離及短距離通訊實現互聯互通。因此，機械類型通訊(Machine Type Communication, MTC)或是機器對機器(Machine to Machine, M2M)通訊技術，將成為物聯網重要通訊方式。
MTC/M2M提供動能 物聯網加速起飛
為因應物聯網應用與需求，未來具備裝置間通訊功能的行動通訊產品將成為主流，不過目前雖有類似的功能，但還是支援全球行動通訊系統(GSM)為主。根據思科(Cisco)與愛立信(Ericsson)對於2015∼2020年行動裝置市場預估，2020年全球M2M裝置將會達到700∼800萬個，2015至2020年間全球市場占有率將由32%成長到40%。
其中因為各標準組織的推廣，讓M2M發展在近年來相當快速。標準組織包含第三代合作夥伴計畫(3GPP)(3G/4G)、美國電子電機工程師協會(IEEE)(802.11)、oneM2M、歐洲電信標準協會(ETSI)等。由於各組織屬性不同，在發展MTC技術的同時，產生略有不同的技術發展。例如，3GPP的長程演進計畫(LTE)系統便是希望發展一個能夠長期發展的通訊系統，所以在標準制定過程中，便是要考量如何提升現有的行動通訊系統去優化MTC服務，亦稱Cellular MTC；IEEE的802.11ah將透過提升Wi-Fi效能，提供物聯網與機器間的傳輸應用，屬於個人區域網路(PAN) MTC；oneM2M透過平台的整合，並著重在M2M應用層和服務層的物聯網國際規格標準訂定。參考各組織發展內容，MTC技術包含服務應用、網路架構與終端設備三個面向去思考。
以3GPP規格追蹤MTC技術發展歷程(圖1)，3GPP早在第八版(Rel-8)便有相關技術規格，然而是屬於初期階段，複雜性與耗電性都相當高。在第十二版中訂立了LTE-M(LTE-M2M/MTC)的規格，稱為Category 0(Cat. 0)，使用頻寬20MHz，上/下行傳輸速率皆1Mbit/s，不過功耗與成本仍偏高，不符合大量布建需求。在第十三版中的NB-IoT規格中，大幅減少頻寬使用，從20MHz降到200kHz窄頻，傳輸率也從1Mbit/s降至200kbit/s，而相對於Cat. 4，系統複雜度也降到15%，可以提升服務覆蓋率與電池續航力。
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| 圖1 3GPP的M2M複雜度與上行峰值需求 參考資料：3GPP、高通、諾基亞
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當完成十三版制定後，3GPP積極準備第十四版標準制定工作，近期已完成初步下世代5G情境討論，並在TR22.891報告中定出四個主軸，分別是加強型行動寬頻(enhanced Mobile BroadBand, eMBB)、大量型機械類型通訊(massive Machine Type Communications, mMTC)、增強型車載通訊(eV2X)、緊急通訊(Critical Communication)以及網路運作(Network Operation)。其中，大量型機械類型通訊更是以物聯網為主軸，發展次世代滿足5G的LTE-M。
簡言之，3GPP的mMTC接取(Connectivity)方式採用Direct 3GPP Connection(裝置直接接取網路)、Indirect 3GPP Connection(裝置透過其他裝置接取網路)、Direct Device Connection(裝置間直接互相接取)。這三種接取可使用以下所提之應用：物聯網、智慧穿戴(Smart Wearable)、感測網路(Sensor Network)。
物聯網應用涵蓋終端裝置部分，包含大量小型感測器互相傳遞非即時性資料，例如智慧工廠或是智慧住宅中的大量感測器監測環境，這樣情境下的技術須考量大量感測器間的連動關係，在考慮小型感測器本身的傳遞訊息量與電池續航力限制下，如何有效同時啟動大量裝置機制，如何減少過多控制訊號(Signaling)與如何規劃系統資源都是必須考慮的問題。
而智慧穿戴應用涵蓋用戶端部分，考慮用戶使用大量不同類型裝置包含平板、手機與各類穿戴式裝置等，所以現實應用可能包含同一個用戶使用數個裝置或是數個不同用戶使用同一個裝置的情況。技術發展必須仔細考慮當用戶在接取網路的便利性與直覺性，同時也要考慮網路接取的安全性；因此，在系統管理上必須針對同用戶不同裝置或是同裝置不同用戶的認證方式做有效管理。也須考慮不同類型裝置產生不同資料的情況，也就是系統必須能夠依照不同的用戶需求(如影音、網路等)，提供不同的傳輸速率，保持高品質的服務。
感測網路主要是希望支援多元智能服務(Smart Service)的架構，涵蓋服務應用。mMTC架構提供電信商新服務模式，因此可以隨著服務性質不同，建立一個更適合未來的服務模式。技術發展將會牽涉到如何認證/管理用戶、如何對於mMTC服務收費，甚至是如何在不同電信商間互相串流，達到服務不間斷，提升經濟效益。
專利布局牽動市場 各國眾廠磨刀霍霍
從市場發展近況，可以了解MTC技術已受到全球各產官學研相當程度的重視。以下將透過專利分析，進一步了解MTC在專利技術發展的現況。此篇文章中的專利檢索以美國專利局資料庫為主要檢索資料庫，檢索條件除關鍵字外，也加入相關的合作專利分類(Cooperative Patent Classification, CPC)H04W/005、H04W/006與H04W/008，提供更為精準檢索。檢索時間區間限制在2005年與2016年間之專利，以便觀察MTC技術在近10年發展趨勢。
首先，根據oneM2M的市場價值鏈，分為應用服務、MTC整合平台、MTC閘道(Gateway)與終端裝置/感測器。oneM2M對於市場預估，認為MTC應用服務需求占最大比例，並同時帶動終端裝置與MTC整合平台的需求。其中，平台與雲端運算/虛擬技術結合將是發展熱點，藉由虛擬技術來減少管理與資源分配的複雜度。
然而，目前業者已申請專利仍著重於發展終端裝置或MTC閘道相關技術為主。其中，閘道功能是作為接收終端裝置如感測器與傳送應用端訊息的出入口。兩者比較，發現市場需求與專利技術發展仍有落差，技術發展仍有許多挑戰。
從專利申請的時間，可觀察技術發展的脈絡。MTC技術發展超過10年以上，圖2中的優先年橫跨2000年到2016年，分為萌芽期、增長期與快速增長期。2007年以前稱為MTC技術的萌芽期，技術沒有特定的針對市場，企業投入意願較低，在這個時期布局的主要專利權人分別來自韓國、日本與歐洲的企業，僅有少數企業參與技術研發。圖中依據專利數量列出前十名專利權人中，三星(Samsung)也於2007年後開始布局。
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| 圖2 主要專利權人歷年專利布局 |
增長期三年期間，由於3GPP/IEEE/oneM2M/ETSI標準組織的推廣下，市場不斷擴大、技術吸引力遽增，參與企業增加，MTC技術業者開始在全球布局。進入快速增長期後，在圖2中各專利權人積極投入研發能量，同時專利數量也明顯增加，可以發現許多主要專利權人在萌芽期期間未申請專利，但2009年後才大量布局專利，如高通(Qualcomm)、樂金(LG)、博通(Broadcom)等。
觀察專利權人在全球其他專利局布局狀況，北美仍為第一熱區，主要市場為美國(1751件)。第二熱區是亞洲，主要是中國大陸(412件)、韓國(266件)、日本(260件)與台灣(102件)市場，第三區為歐洲。比較專利布局結果與全球行動通訊系統協會(GSMA)的Cellular M2M forecasts and assumptions：2010-2020市場報告，報告中預估全球M2M產業市場，北美市場占有率最高為27%，其次是歐洲市場(20.4%)與亞太地區(8.8%)。
不過，在市場成長率預估方面，亞太地區成長最快速，根據The Global M2M/IoT Communications Market市場預估，2015年調查結果中國大陸市場經濟成長潛力最大，中國大陸用戶約70百萬戶多於美國M2M用戶64百萬，是全球用戶人口最多區域。然中國大陸市場將持續受到自動駕駛、智慧製造與智慧住宅需求刺激，未來將成為全球主要市場。
美國市場的分析，以MTC技術專利的時間點來看，芬蘭最早。但在2010年以後，MTC技術在美國市場才逐漸受到重視，主要是進入專利申請競爭的國家多樣性與數量開始增加，造成MTC市場競爭。
觀察專利權人在美國市場布局趨勢，發現大部分是在2010年後才陸續進入美國申請MTC技術專利，且專利申請數量仍持續增加中。以數量與時間判斷市場競爭對手，最大的競爭者還是屬於韓國的專利權人，如三星、樂金、韓國電子通訊研究院(ETRI)，因為韓國專利權人不但數量多，布局也最早，於2008年便已經申請美國專利。台灣專利權人在2010年開始申請專利，每年平均布局數量約在10件以上，數量有逐漸增加的趨勢。
科技廠商透過投入大量的發明人力與研發資源，顯示對MTC相關技術布局的重視。其中以三星最為明顯，投入M2M技術研發的時間超過8年，專利數超過80件。
同時，獲證專利權也相當年輕，平均專利年齡約在1∼2年左右，表示這些專利權受到專利權保護時間長(以20年為基準)，同時也享有較長期之技術獨占性優勢。
圖3是歸納專利權人公司在M2M產業鏈分布與布局情況。2009年Verizon Wireless和高通宣布，兩家公司將合資成立新公司，以鎖定醫療、製造、通路等產業提供M2M行動通訊服務。高通擴展M2M技術應用於嵌入式產品市場，並降低成本、提升效能，開創出新的商業模式。2013年高通與德國電信(Deutsche Telekom)宣布，基於高通晶片(GobiTM QSC6270)共同合作開發可支援萬物聯網(Internet of Everything, IoE)應用的平台，以加速M2M技術開發與商轉。
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| 圖3 M2M產業鏈與廠商
資料來源：愛立信 |
愛立信也透過合作方式加速市場占有率，2012年與瑞士最大電信商Switzerland合作發展M2M技術，藉由愛立信的market-proven Device Connection平台管理大量連結的裝置。2013年與金雅拓(Gemalto)合作整合愛立信的裝置連接平台(Device Connection Platform, DCP)與金雅拓的用戶管理系統平台(Subscription Management Platform)，為拉丁美洲提供一整套獨特的M2M解決方案，大幅減少M2M布建與管理複雜度，增加管理的效率與可塑性。近期，也與印度XL Axiata與加拿大SaskTel合作，實現M2M服務系統。
英特爾(Intel)與台大創新研究中心合作開發許多技術，包括資料分析演算法(Data Analytics Algorithms)、感測器資料管理(Sensor Data Management)、視訊分析(Video Aanalysis)、智慧中介軟體(Intelligent Middleware)、無線通訊，以及感測器與大型無線M2M網路的省電技術。
中興(ZTE)的物聯網平台支援M2M終端管理，包括行業終端權限管理、狀態管理、配置管理、業務統計、故障管理、維護管理。支援對終端和操作員分區管理。
2015年中興與MTN集團(MTN Group)在非洲共同推出物聯網平台，為該地區的裝置提供靈活的連接性。2016年中興將與北歐最大的營運商TeliaSonera共同開拓物聯網市場。雙方將從車載資通訊(Telematics)開始，在物聯網領域展開合作。
諾基亞(Nokia)在2001年曾提出針對整體封包無線電服務(GPRS)系統的諾基亞M2M Platform，此平台結合電信、資訊科技及自動化處理，將公司資產(如自動販賣機、車輛及其他設備等)整合於資訊科技(IT)系統，並創造加值服務。2016年韓國電信(Korea Telecom)和諾基亞日前進行業界第一個eMTC實測，系統架構包含諾基亞的基地台與韓國電信的LTE網路進行測試，評估未來可行性。
M2M是華為大力發展的戰略業務，在華為5∼10年中長期戰略規劃中，物聯網通信解決方案是華為將重點持續投入的戰略方向之一，瞄準LTE在M2M應用市場的龐大商機，中國大陸通訊設備大廠華為已決定跳過Cat. 1/0技術布局，直接砸下重金投資下一代LTE低資料率標準LTE-M，並與中國聯通合作展開相關試行網路部署，期搶占最大市場份額。
相關台灣專利權人部分，布局時間約在2010年以後，共檢索出52件專利家族，總投入研發人數累計約156人左右，統計投入專利權人公司與研究單位，請參考表1整理。
最後的專利技術分析，依據CPC分類布局狀況，大致可以分成四個技術區塊：行動通訊應用、連接管理、網路架構、網路協定。行動通訊應用包含短距離通訊服務、定位服務與緊急救難服務。而這些行動應用服務中，必須透位置與服務結合(如Location Based Services)，因此感測器接收訊號包含裝置間互相位置訊息、用戶間的距離差、用戶移動方向與速度等參數運用。
連接管理的部分基於MTC應用，強調大量通訊建立、管理與釋放。專利技術包含用戶認證、通道建立、直接通訊建立、多通道/多裝置建立、建立通道失敗或拒絕時管理、通道切換管理等。
網路架構部分有關行動網路、大型網路、感測網路等模式協定。包含資料傳遞協定、參考用戶定位服務協定、服務需求判定與管理、分散式結構協定與針對特定服務環境如車內或醫療所設計的協定等。
可預期，在物聯網的風潮中，機械與機械的通訊技術將持續發燒，勢將持續突破各種技術瓶頸，在接下來的次世代通訊市場中，為消費者帶來更便利的生活體驗。