物聯網市場持續擴大，各種低功耗廣域網路陸續被開發出來，包括Sigfox、LoRa、NB-IoT、eMTC等等，針對個別技術的專屬優勢及特性，擁護廠商各據山頭，無不磨刀霍霍，極力搶占市場先機。
低功耗廣域網路(Low Power Wide Area, LPWA)是為了因應物聯網(Internet of Things, IoT)遠距離通訊需求而生的技術，具有高覆蓋(Deep/Wide Coverage)、低功耗(Low Power Consumption)和大連接(Massive Connections)等特性。
物聯網市場商機大 LPWA技術百家爭鳴
在目前比較受關注的低功耗廣域網路技術中，大致上可以從使用的頻段分成授權頻段(Licensed Band)與非授權頻段(Unlicensed Band)。
在授權頻段方面以第三代合作夥伴計畫(3GPP)所主導的窄頻物聯網(NB-IoT)技術為主，投入的廠商包括電信營運商以及相關的設備廠商；而使用非授權頻段的技術則處於遍地開花的情況，主要技術為LoRa、Sigfox等等(表1)。
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| 表1 Sigfox、LoRa和NB-IoT比較 |
Sigfox積極布建 適合低價化大規模應用
在2017年已經有部分LPWA技術進行商業化，Sigfox和LoRa等LPWA技術，相較於NB-IoT提早發展1到2年，在NB-IoT尚未邁入商用的這一年，可以說是非授權頻段技術與NB-IoT拉開距離的最佳時機。
法商Sigfox現階段最重要的就是搶先一步進行網路的布建，目前已經覆蓋超過32個國家地區、5億1,200萬個人口、200萬平方公里，並預計在2018年完成60個國家的相關基礎建設。在晶片供應商方面包括德州儀器(TI)、Atmel、芯科科技(Silicon Labs)、恩智浦(NXP)與台灣的雲創通訊(M2comm)都會生產Sigfox晶片。
台灣由於資通訊科技(ICT)產業實力完整，也吸引Sigfox來台灣布局，希望透過與台灣的ICT產業鏈合作，配合台灣政府的新南向政策，Sigfox亞洲區營運商優納比(UnaBiz)希望偕同台灣廠商走向東南亞國家市場。
Sigfox在目前的LPWA技術中，傳輸的速率最低，僅100bits/s，每天只能傳送最多140個訊息，每個訊息最大酬載(Payload)為12位元組(bytes)，使用輕量化的協定，裝置只須要在對應的頻率傳送訊號，不必透過信令(Signaling)控制設備間的運作狀況，如此一來有助於節省物聯網裝置的電力消耗(圖1)。
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| 圖1 Sigfox使用輕量化的協定 |
資料來源：Sigfox
其低價化的特點，適合運用在大規模的監控，該技術每天的資料傳輸量有所上限，不能夠負荷大量的資訊傳輸，如智慧電表、智慧水表等回報資料量低的應用，就適合Sigfox的技術。另外，監測與警報系統像是土石流、下水道、國土監測也是Sigfox的目標市場，有低價化優勢的Sigfox技術預計可以搶下部分的市場。
Sigfox最大的特色就是全球同一網路，該公司實際上扮演網路部署並擔任網路營運商的角色(圖2)，如果想部署一個Sigfox網路，必須要直接與Sigfox合作，但是這也是發展的一大限制，因為少了電信商的支持，某種程度上提升了Sigfox進入消費性物聯網市場的難度。
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| 圖2 Sigfox全球網路示意圖 |
資料來源：SIGFOX One network A billion dreams, Sigfox
LoRa具備完整產業鏈 適合專網應用
由IBM、思科(Cisco)支持的LoRa是目前最受產業歡迎的LPWA技術，LoRa聯盟以十七個贊助會員為主，其中包括韓國SK Telecom與中國大陸中興等廠商加入，台灣方面也有許多廠商加入，聯盟裡不乏各種領域的廠商，鴻海旗下的富鴻網於雙北市、桃園布建了五百個基地台，基本上已經覆蓋了北台灣的人口稠密區，正文科技也透過台北市的智慧城市計畫布建了一個LoRa實驗網路，並在其中扮演技術支援與終端模組供應商的角色。
LoRa在目前四百多個聯盟會員中，晶片廠是比較弱勢的一環，LoRa雖然積極的與晶片商合作，但網路的核心技術掌握在發起廠商之一的陞特(Semtech)手中，晶片商要合作通常是以微控制器(MCU)搭配Semtech的通訊晶片。
LoRa是除了NB-IoT之外，唯一吸引電信營運商投入的LPWA技術，國內的亞太電信與鴻海集團攜手，亞太電信負責業務與行銷，鴻海旗下的富鴻網則負責網路的建置與營運，母公司鴻海則負責晶片的採購到組裝成模組。
LoRa的傳輸距離不比Sigfox，但是擁有較高的傳輸頻寬。台灣的高科技產業有許多的工廠，若在廠區中建設一個封閉型的LoRa網路，建設成本與技術難度不高，LoRa技術用來傳輸包括水、溫度、氣體與生產數據等等數據，將廠區的數據蒐集完畢之後，再透過更大範圍的NB-IoT或是現有的長程演進計畫(LTE)網路傳送到雲端，整合多個廠區的數據以進行彙整分析。
NB-IoT後來居上 提供高品質安全保障
2016年6月，3GPP不同於過往採取多項提案標準的共同宣布，單獨宣布R13規範NB-IoT的正式標準。由3GPP進行主導加上三大電信設備商諾基亞(Nokia)、愛立信(Ericsson)、華為(Huawei)支持，無須布建新的網路，可以利用軟體升級的方式，在最短的時間內上路，目前在亞洲、歐洲、美洲等區域已經開通實驗網，預計到2018年全球會有至少超過三十家營運商投入營運。
NB-IoT在訊號頻譜上具有三種不同的布建方式，根據不同的環境選擇適合的方式，使NB-IoT更具彈性(Flexibility)。第一種為單獨布建(Standalone)，使用一段獨立的頻譜，與現行系統彼此不互相干擾，是最單純的方式。第二種為現行頻段內(In-Band)布建，In-Band是利用LTE載波內的實體層無線資源區塊(PRB)進行傳輸。第三種方式是利用保護頻段(Guard Band)布建，使用為了避免干擾所設計的保護頻段(圖3)。
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| 圖3 NB-IoT三種布建方式 |
資料來源：ERICSSON TECHNOLOGY REVIEW, ERICSSON
另外，NB-IoT使用在授權頻段，對於品質與安全性皆有高度的保障。在2017年發表的R14版本中，列入定位(Positioning)、群播(Multicast)、非錨載波(Non-anchor Carrier)、移動性(Mobility)提升與新的功率等級(Power Class)、服務連續性、功率消耗與延遲性，NB-IoT的設計原則是用戶端設備(UE)端的簡化，使得NB-IoT的技術競爭力更為完整。
英國電信龍頭Vodafone在1月時宣布，已經在西班牙首都馬德里(Madrid)以及其第三大都市瓦倫西亞(Valencia)利用NB-IoT技術布建一個覆蓋整座城市的IoT網路，不用重新架設NB-IoT專用的基地台，只要更新現有4G基地台內的軟體，數小時內即可將NB-IoT的網路部署完畢，今年3月更進一步擴大城市的布建，服務超過一億個IoT裝置。
國內方面，台灣大表示，最快將於今年底完成台灣全島的NB-IoT網路布建，支持低耗電量、小傳輸量方便的應用，未來將可提供包括空氣污染和空氣品質的檢測、水質感測、智慧水表、停車場車位狀態偵測、寵物追蹤及病患離開醫院後身體狀況的追蹤等等。
2017 MWC展現產業鏈 NB-IoT蓄勢待發
2017 MWC(Mobile World Congress)於6月28日在中國大陸上海舉辦，物聯網從底層的物聯網晶片模組至物聯網網路，從閘道器等接入設備，再到五花八門的終端設備，在這次大會中展現出產業鏈的強大實力。
中國移動、中國電信、大唐電信都展示了該公司在NB-IoT上的布局，如中國電信帶來了窄頻(NB)智慧水表、NB智慧停車等基於NB-IoT的物聯網應用，大唐電信展示在NB-IoT建構萬物互聯的基礎上，5G在智慧城市方面的應用。中國移動副總裁沙躍家表示，為了滿足物聯網布建時各種場景的通訊需求，中國移動將同時推動NB-IoT及增強型機器類型通訊(eMTC)兩項技術，預計在2017年內實現中國大陸範圍內NB-IoT的全面商用，全年連接數增加一億戶，總規模達到二億戶。
GSMA物聯網項目的執行總監Shane Rooney博士則點出授權頻譜技術在標準化、安全性和可延展性方面有巨大的優勢。因為它基於共享開放標準，而不是專屬的、獨家的標準，用戶選擇的靈活度要高上許多。更重要的方面是授權頻譜技術是朝著5G技術演進的，未來可望與5G技術演進與融合。
而在授權頻譜技術中，中國大陸方面全部選擇NB-IoT，而美國方面則是先注重在eMTC，其次才是NB-IoT。
在台灣廠商方面，遠傳電信今年第三度以台灣電信商唯一代表的身分出席，展示NB-IoT於智慧大樓與太陽能智慧監控等物聯網的應用，智慧大樓運用NB-IoT傳輸技術，整合環境控制、能源管理、安全監控及空氣監控，透過數據分析及遠端管理，達成減少資源消耗，這項技術可以延伸至智慧工廠或智慧城市。太陽能智慧監控平台串連大樓、工廠或農舍等屋頂太陽能發電系統，利用NB-IoT創新技術整合管理平台，提供即時發電監控與效能分析，未來還可以整合電力交易，實現智慧能源管理。
5G mMTC仍待研商 NB-IoT先滿足部分需求
諾基亞台灣暨香港澳門、大中國技術總監陳銘邦表示，在4G標準定義初期，並沒有把NB-IoT的需求納入考量，在2016年發覺LPWA商機降臨，發展出NB-IoT。而在制定5G規範初期，即把物聯網的需求納入技術標準制定的考量之中，亦即mMTC(Massive Machine Type Communication)的應用場景。
3GPP預計在2018年第三季時發表的Release 15(5G Phase-1)中，將會是以eMBB(Enhance Mobile Broadband)以及URLLC(Ultra-reliable Low Latency Communication)為主， mMTC的部分規劃在Release 16(5G Phase-2)時，討論正式的技術標準(圖4)。
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| 圖4 3GPP預計的時程表 |
資料來源：3GPP
未來mMTC相關正式標準陸續研議制定後，在物聯網中所扮演的角色可能會與NB-IoT有所重疊，但因各有其特性，仍可以發展不同領域的應用。像是智慧水表、智慧電表等數據傳輸量小，就是適合目前NB-IoT的應用。但像是穿戴血壓計、心率計等，這些攸關人體安全的裝置，必須要強化mMTC標準中改善傳輸延遲的技術。而把這些分散在各種應用領域的物聯網應用串聯起來，正是邁向5G生態圈的重要基礎。
(本文作者任職於資策會智慧網通系統研究所)