物聯網發展的腳步未曾停歇，3GPP已針對物聯網制定相關的標準，並指明eMTC與NB-IoT將是未來發展的主軸。而甫落幕的2017世界行動通訊大展中，各重量級廠商更競相推出NB-IoT晶片搶食市場大餅。我國也推出亞洲矽谷計畫，準備搶搭這股熱潮。
物聯網(IoT)話題自從2005年國際電信聯盟(International Telecommunication Union, ITU)於當年年會上指出物聯網時代來臨之後，無論產官學界對物聯網的熱度就有增無減，至今日亦然。
其實，物聯網概念絕非新意，早於1982年卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University)即提出基於物聯網精神之可樂販賣機，只是其仰賴之技術與應用面不同而已。
今日由於無線通訊技術與使用者需求與時俱進，奠基於有線網路上的庫存回報早已無法滿足源自於消費者或業界的繁複需求，故產業界在觀察分析後，歸納出今日物聯網應具備之特性，如無線、長距離、低電力消耗等等，並據此制定並推行許多針對物聯網應用需求的新技術，例如LoRa、Sigfox、Zigbee、藍牙(Bluetooth) 5、Wi-Fi HaLow等。
過去在行動通訊界占有一席之地的國際標準組織第三代合作夥伴計畫(3GPP)當然不會自外於此波科技浪潮，除了基於2G的EC-GSM-IoT(Extended Coverage GSM Internet of Things)、使用較大頻寬的加強型機械類型通訊(enhanced Machine Type Communication, eMTC)，還有本文重點介紹之窄頻物聯網(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)。
物聯網標準制定 定調eMTC/NB-IoT
3GPP在2015年9月即展開物聯網之標準制定工作，隨即在九個月後的會議(2016年6月)完成標準制定(Frozen)，足見3GPP陣營之業界與標準組織對物聯網的決心。是次會議基本定調兩大主軸：eMTC與NB-IoT。前者被定義為Cat. M1，後者為Cat. NB1。
相較於過去Release 8定義的Cat. 1或Release 12定義的Cat. 0，NB-IoT有著長足的進步，茲節錄部分重點如下。
頻寬--NB-IoT使用頻寬僅需200KHz
相異於過去Cat. 0使用1.4MHz至高達20MHz，NB-IoT使用頻寬僅需200KHz。雖然大幅限縮了資料傳輸能力，但換來的是同頻寬下可容納更多的終端。無論是工業4.0(Industry 4.0)中，單一廠區內的全自動化工廠生產線，或是智慧城市與智慧家庭，即可能有成千上萬物聯網節點。Cat. 0的高頻寬需求，極易使原已因為人手一支智慧型手機下產生捉襟見肘的頻寬短缺問題，更加雪上加霜。同時在政府頻譜標金屢創新高的情況下，過高的頻寬需求，也容易使電信業者對物聯網的發展裹足不前。
天線--雙天線並非必要設計
從長程演進計畫(LTE)一脈相承而來的Cat. 1繼承了雙天線的特性，如此雖然保有同樣優異的抑制衰減能力，在同頻寬條件下獲得較佳的傳輸品質與速度，但同時也增加系統的複雜度與成本。物聯網對終端的價格期待是低於5美元，在物聯網的低流量需求下，雙天線並非如此必要。
半雙工--以物聯網低流量需求為考量
物聯網規格的雙工能力從Cat. 1的全雙工，到Cat. 0與Cat. 1的全雙工或半雙工可選，再到NB-IoT的固定半雙工。同樣是出於物聯網的低流量需求、系統複雜度與成本考量。
電力消耗--導入PSM/eDRX技術
除了日常使用的穿戴裝置、電力無虞的智慧家庭、智慧城市、工業4.0全自動智慧產線外，物聯網亦考量到偏遠地區與危險區域，如高空、高山或極地等應用；此外亦須顧及物聯網終端的低售價目標，因此省電成為重要課題。從Release 12導入節電模式(Power Save Mode, PSM)，Release 13則導入延伸間斷式接收(extended Discontinuous Reception, eDRX)。
PSM之概念為異於過去事前約定好沉睡與喚醒的時間，而是由終端告訴網路其將進入睡眠模式，此後直到終端自行喚醒之前，網路不對其進行呼叫。而終端在喚醒後，告知網路其可被呼叫，並在可呼叫狀態下停留4 Idle Frame的時間。以一個使用兩枚AA電池的Cat. M1終端進行實驗，在每日只傳輸一次資料、其餘時間均沉睡的情況下，約可使用10年。
eDRX為間斷式接收(Discontinuous Reception, DRX)的延伸。DRX之概念為終端每次可接收呼叫的窗口定義為1.28秒，而在窗口與窗口之間，讓終端沉睡10.24秒以節約電力使用。而eDRX則更進一步，讓終端可透過電信業者的設定，彈性選擇沉睡10.24秒的倍數時間。以一個使用兩枚AA電池的Cat. M1終端進行實驗，在每日只傳輸一次資料、每十分鐘喚醒一次的情況下，約可使用4.7年。
由上可知，PSM與eDRX技術的導入，將使得原先物聯網裝置10年使用壽命的設定成為可能。
頻段--繼承原有提供更多彈性
在頻段選擇上，除了繼承原有LTE的眾多頻段外，NB-IoT提供更進一步的彈性。NB-IoT規劃了In-band、Guard Band與Standalone三種選項。
In-band模式即為在原有的LTE頻段中使用，電信業者在頻譜規劃上容易，但卻有著與其他其他行動寬頻用戶爭搶資源的缺點。Guard Band模式乃利用過去LTE頻段間的保護頻帶作運用，可避免影響同一基地台下其他行動寬頻用戶的使用者體驗，雖可能犧牲原有之保護功能，但NB-IoT之資料傳輸量小，發生機率與造成的損害應不大。Standalone乃使用LTE之外的頻段，使用上須注意該頻段是否已有訊號、干擾問題，與是否違反電信法令。
而全球認證論壇(GCF)測試項亦如火如荼制定中，自去年6月標準定案後，短短數月即有九個測試項推出(目前均為Band 8)、兩家測試設備製造商列入GCF認證平台，其他測試設備製造商亦規劃推出測試解決方案。但目前受限於終端數量較少，是以平台與測試項的開發與認證未能臻至完美。於此之前僅能仰賴功能性測試、電信設備製造商之實驗室環境進行產品測試。
資通所秉持著工研院帶動產業發展之精神，繼4G+之後，積極籌劃布建物聯網測試能量於資通所測試服務場域，冀能於商業測試設備或實驗室服務推出之前，讓國內業者先行測試，以提高產品品質，縮短產品開發時程與上市時間。
MWC展百花齊放 NB-IoT晶片紛出籠
當前市場已有數家廠商推出NB-IoT晶片，甫於3月初落幕的2017世界行動通訊大展(Mobile World Congress, MWC)亦有相關產品展出。
高通推物聯網晶片 Snapdragon 410E/600E
高通(Qualcomm)早於去年9月已推出支援藍牙與Wi-Fi等技術的物聯網晶片Snapdragon 410E與600E，同年10月推出支援Cat. M1與Cat. NB1的MDM9206 LTE晶片。該晶片於今年的世界行動通訊大展中德國測試設備製造商羅德史瓦茲(Rohde & Schwarz)展台上，展示了與綜合測試儀所模擬的行動網路，進行註冊與連線傳輸。
英特爾以XMM 7115/7120M應戰
英特爾(Intel)方面，分為支援NB-IoT的XMM 7115與支援Cat.1的7120M。此次世界行動通訊大展上英特爾於諾基亞(Nokia)展台上與諾基亞和沃達豐(Vodafone)一同展示城市與鄉村的物件追蹤應用服務，與其所帶來的益處。
思寬將基頻/射頻整合至單一晶片
思寬(Sequans)於世界行動通訊大展前夕，發布其將基頻(Baseband)與射頻(RF)整合至單一晶片，同時支援Cat. M1與Cat. NB1的Monarch SX平台，並雀屏中選成為華為的物聯網晶片供應商。
Altair ALT1160通過T-Mobile 認證
Altair宣告其ALT1160 CAT-1晶片通過T-Mobile的認證，也將與澳洲電信業者Telstra合作，將於墨爾本與塔斯馬尼亞進行Cat. M1的物聯網測試。
泰利特擁抱高通9206 LTE 主推ME910C1
泰利特(Telit)的ME910C1亦採用高通9206 LTE，實作的技術為Cat. M1。於今年的世界行動通訊大展中，分別於高通展台展示美國電信業者威瑞通(Verizon)的物流包裹追蹤，以及於易利信(Ericsson)展台展示低電力消耗與物聯網雲端通訊。
司亞樂展出高整合新產品CF3
司亞樂(Sierra Wireless)於世界行動通訊大展中，展示出宣稱是世界第一個整合全球連線能力、物聯網操作管理平台，以及強化安全性的隨插即用行動模組與路由器CF3。此外，也於永續發展目標論壇(Sustainable Development Goals, SDG)上宣布與Orange、諾基亞(Nokia)以及Groundtruth成為合作夥伴，一同為開發中國家的小農場物聯網，提供解決方案。
另如同前面Altair，司亞樂也將一同與Telstra合作，於墨爾本與塔斯馬尼亞進行物聯網測試(此計畫共有司亞樂、Altair與Bosch共同參與)。
金雅拓主打產品相容性
金雅拓(Gemalto)於2月底發布其基於前一代支援2G/3G的Cinterion Concept Board升級，支援Category 1，且可回落至2G的Cinterion Connect Shield。同樣與Arduino相容，並可於今年第二季支援NB-IoT。
海思900M晶片支援NB-IoT
海思支援NB-IoT的晶片900M已於2016年推出，亦已有模組廠商，基於該產品進行開發。此外，日前在上海成立物聯網開放實驗室，針對智慧停車、車輛追蹤、智慧電表、物流監控、穿戴裝置、智慧家庭等領域，進行室內外大規模測試。
該公司亦與中國電信、深圳水務合作，於深圳共同推出全球第一個商用NB-IoT智慧水務物聯網，藉以實現抄表、大數據分析、水務應用(如水壓監控、水質檢測、防災、漏水控制)等功能。
政府力推企業界響應 寄望亞洲矽谷計畫
由政府力推、並由企業界響應加入的亞洲矽谷計畫，經過八場的第一次領域分組會議後，已於3月初從52件提案中，遴選出21個提案議題，做為出線優先考量。這21個提案議題涵蓋各種應用，目前可概分為智慧交通、智慧製造、智慧效能、智慧商業、智慧家庭、智慧農業、與智慧醫療等七大領域。將於下半年的第二次領域分組會議進行滾動討論，期能明確選出技術團隊。
亞洲矽谷物聯網大聯盟榮譽主席、宏碁集團創辦人施振榮認為，異於過去代工時期多由廠商各自單打獨鬥，在這個軟硬體與服務結合的年代，期能結合業者團體應戰，甚至組成國家隊，進而建構一個由台灣主導的物聯網平台，避免淪為往日代工時期抬轎角色。
而亞洲矽谷計畫於全台共有49個示範計畫，亞洲矽谷執行長、國發會副主委龔明鑫表示，將協助提供前述21個提案議題的廠商名單給行政院智慧城市規劃單位，作為優先考慮合作對象，以協助視其技術開發是否可與49個亞洲矽谷計畫接軌。
工研院資通所承襲以往為業界服務，肩負串連產官學界的使命，面對來襲的物聯網浪潮亦當仁不讓，對於物聯網之小型基地台、終端設備、應用等層面均有布局。網路接取與應用測試實驗室對於既有的後4G(Beyond 4G, B4G)測試場域，除未來升級至5G外，目前亦積極規劃建置物聯網測試能量，期能滿足未來業界各種物聯網設備的測試需求、縮短開發時程並提升產品品質、進而提升業界研發實力，協助五加二產業大步向前。您可以在http://www.taics.org.tw/獲取更多關於物聯網通訊標準更詳細技術細節。
(本文由台灣資通產業標準協會提供；作者任職於工研院資通所寬頻網路系統整合測試技術部)