資通訊產(chǎn)業(yè)下一階段的發(fā)展重點之一為物聯(lián)網(wǎng)，將會有許多新創(chuàng)團隊鎖定物聯(lián)網(wǎng)，以智能城市為主題推出各種產(chǎn)品與應用，將資通訊領域發(fā)展推向另一高峰。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展下，以智能城市做為主軸，相關的應用盡管變化莫測，但依然都需要無線網(wǎng)絡做為底層機制。 此外，為了滿足物聯(lián)網(wǎng)裝置省電、長距離傳輸數(shù)據(jù)的應用場景需求，低功耗廣域網(wǎng)(Low Power Wide Area Network, LPWAN)因此而生。

　　LPWAN是物聯(lián)網(wǎng)被談論多年之后，萬物聯(lián)網(wǎng)最具體的實現(xiàn)。 由于對于影音、數(shù)據(jù)傳輸、即時消息等沒有過于復雜的要求，學者相當看好物聯(lián)網(wǎng)裝置數(shù)量的成長，并預估聯(lián)網(wǎng)裝置數(shù)量將在2021年累積高達280億個，其中的150億是物聯(lián)網(wǎng)裝置。 面對此一趨勢，產(chǎn)業(yè)界也興起一波投入熱潮，希望能快速布局搶占商機。

　　無線通信領域的發(fā)展相當迅速，二十年來，從移動電話問世到現(xiàn)在已經(jīng)在討論第五代標準。 而在5G正式上路之前，LPWAN提供產(chǎn)業(yè)持續(xù)前進的動力，由于LPWAN相關技術難度不高，所以許多低功耗長距離的技術陸續(xù)被提出。 根據(jù)愛立信行動趨勢報告(Ericsson Mobility Report)的預測，2023年具備有LPWAN能力的物聯(lián)網(wǎng)裝置將超過40億臺。

　　目前備受注目的LPWAN技術為LoRa、Sigfox、NB-IoT。 就LPWAN業(yè)者提供的服務現(xiàn)況而言，大致可歸類為智能讀表系統(tǒng)、停車管理、資產(chǎn)追蹤、環(huán)境監(jiān)測等四大領域。

　　LoRa技術屬于非授權頻段(Unlicense Band)，數(shù)據(jù)傳輸在1GHz以下。 基于線性Chirp Spread Spectrum(CSS)擴頻調制，在相同頻率下，不同擴頻序列的終端設備也不會互相干擾。 而伴隨著應用場景的改變，終端設備的工作模式亦可以隨之調整成三種不同的傳輸方式：ClassA、ClassB、ClassC，以滿足不同應用的需求。

　　而Sigfox技術同樣為非授權頻段，其傳輸速率最低僅100bits/s，每個裝置每天最多只能傳送140個訊息，而每個訊息酬載(Payload)最大至12bytes。 裝置只要使用Sigfox Radio Protocol，在對的頻率發(fā)射訊號，基地臺會自行接收訊息，裝置(TX)跟基地臺(RX)之間不需要任何溝通。

　　另一方面，NB-IoT技術屬于授權頻段(License Band)，大幅改善了物聯(lián)網(wǎng)技術LPWAN在大量布建下所產(chǎn)生的聯(lián)機碰撞問題。 操作模式可分為三種，第一種為NB-IoT的載波獨立于原先LTE的操作頻段(Stand-Alone Mode)，第二種為在原先LTE載波間的保護頻段(Guard Band)塞入NB-IoT的操作載波(Guard-Band Mode)，第三種為在運營商所使用的LTE載波中切割出給NB-IoT操作的載波頻段(In-Band Mode)。

　　聯(lián)網(wǎng)技術各臨挑戰(zhàn)

　　LoRa、Sigfox、NB-IoT各有優(yōu)勢，以下針對技術的現(xiàn)況進行說明，并探討這些技術優(yōu)勢將為LoRa帶來哪些發(fā)展上的挑戰(zhàn)。

　　. LoRa大張旗鼓

　　LoRa是最受產(chǎn)業(yè)支持的LPWAN技術，由IBM、Cisco領軍，組成LoRa聯(lián)盟。 聯(lián)盟中各領域的廠商雖然類型不同，但都有著成為物聯(lián)網(wǎng)時代領導廠商的共同目標。 使得聯(lián)盟自2015年3月成立以來，會員快數(shù)增長，已高達460個。 LoRaWAN尤其受到電信營運商支持，韓國SK Telecom、法國Orange、大陸中興電信等，而臺灣的亞太電信也在鴻海集團資源的支持下，成立富鴻網(wǎng)進軍LoRaWAN領域。 目前已超過120個城市有網(wǎng)絡運行，而富鴻網(wǎng)于臺灣的臺北市與新北市布建了500個基地臺。 然而，聯(lián)盟中芯片相關的廠商還是比較弱勢的一環(huán)，由于LoRa網(wǎng)絡核心技術掌握在Semtech身上，芯片廠商若想展開合作關系，通常是以MCU搭配Semtech的通訊芯片，或者推出模塊的方式。

　　. Sigfox搶灘登陸

　　Sigfox是由法國網(wǎng)絡營運商Sigfox所自行研發(fā)的技術，擴大建置網(wǎng)絡，比其他競爭對手更快的搶下市場，是這家新創(chuàng)公司所采取的策略。 目前，Sigfox全球網(wǎng)絡覆蓋已達32個國家，明年有望完成60個國家的基礎布建。 Sigfox上游技術IP免費授權，輔以垂直整合模式，從上游的硬件制造到網(wǎng)絡布建、服務供應一條龍的作法，吸引許多廠商加入其生態(tài)系統(tǒng)。 設備制造伙伴已經(jīng)有71家、IoT平臺供貨商有49家、芯片供貨商8家、模塊廠商15家、軟件與設計服務業(yè)者30家與育成/創(chuàng)投業(yè)者4家。 其中芯片供貨商包括德州儀器(TI)、意法半導體(ST)、芯科(Silicon Labs)、安森美(On-Semi)、恩智浦(NXP)、Ethertronics、Microchip與云創(chuàng)通訊(M2Comm)。

　　智能停車是導入LPWAN技術應用的重點之一，可以預見的是此應用很快會掀起一波價格戰(zhàn)，而Sigfox的低價化優(yōu)勢，且技術最為簡單，有可能在短時間內(nèi)達到終端芯片2美元的目標，預計能搶下部分市場。 另一方面，Sigfox亞洲營運商優(yōu)納比已于今年10月公布收費標準，月租費介于新臺幣2元到22元之間，使臺灣成為Sigfox全球收費最便宜的市場，勢必為LoRa帶來挑戰(zhàn)。

　　. NB-IoT蓄勢待發(fā)

　　NB-IoT是由國際電信標準制定組織3GPP所推廣的新一代物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術，不僅有較高的數(shù)據(jù)傳送率，還有較大的數(shù)據(jù)傳送量，此外基于授權頻段而有較佳的傳輸質量。 而技術采用原先蜂巢網(wǎng)絡的加密設計，因此在訊息的傳送上，具有更高的安全性。 盡管NB-IoT今年才完成標準制定，最快明年才會正式推出商業(yè)應用，但也獲得不少企業(yè)力挺，如英國電信商Vodafone等，有機會在2018年領導LPWAN市場，是LoRa較勁的對手。

　　聯(lián)網(wǎng)技術應用各有優(yōu)勢

　　隨著智能城市的公用事業(yè)IoT應用如水表、煙霧偵測器、加油箱等規(guī)模持續(xù)增長，增加了更多需要設備與設備間的小量數(shù)據(jù)且遠距無線傳輸用途的應用需求。 物聯(lián)網(wǎng)的應用范圍將日益擴大，但是應用的情況會隨著建置場域的不同而有所差異。

　　. LoRa成本低

　　LoRa技術是一種采用免許可頻段的IoT無線通信技術，具備有能實現(xiàn)長距離且低功耗的傳輸特性，包括了傳輸距離可涵蓋至十多公里的范圍，而靠著裝置內(nèi)建的電池可維系10年以上的使用時間，對于企業(yè)安裝部署所需負擔的成本也較低。

　　荷蘭電信巨頭KPN僅透過在原有的3G/4G電信基地臺加裝數(shù)百個LoRa無線通信基地臺，就成功打造一個能涵蓋全國戶外的LoRa物聯(lián)無線感測網(wǎng)絡，至少提供包括道路照明、交通號志、煙霧報警器、 廢棄物管理及移動追蹤等用途之150萬個IoT裝置使用。 另外南韓最大電信商鮮京電信也在大邱市提供LoRa網(wǎng)絡之商用IoT服務。 就連臺北市、紐約等城市也陸續(xù)布建LoRa網(wǎng)絡來打造IoT應用。

　　Atilze Digital在2017年4月底宣告在馬來西亞布建第一個LoRa網(wǎng)絡，并使用LoRaWAN的技術建置25個LoRa Gateway，預計在2020年時提供3億多的LoRa組件連上網(wǎng)絡。Atilze Digital提供聯(lián)網(wǎng)車載、進階駕駛協(xié)助系統(tǒng)(ADAS)、智能城市、智能農(nóng)業(yè)、智能家庭等物聯(lián)網(wǎng)服務。 SK Telecom在今年9月利用LoRa技術在車輛行駛管理系統(tǒng)，將車輛行駛情況回報系統(tǒng)。 SK Telecom的LoRa物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結合LTE-M的技術，提供在電表、追蹤系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、工廠及建筑的服務。 圖1為SK Telecom用在追蹤系統(tǒng)的平臺。 如圖所示，追蹤功能的組件透過LPWA技術連接到DCU上，且由ThinkgPlug平臺來做組件控制。ThinkPlug平臺藉由oneM2M技術來提供管理者可以透過Web接口來控制組件。SK Telecom也利用LoRa技術在印度尼西亞提供車輛位置追蹤系統(tǒng)、智能電表等服務。SK Telecom也預計在2018年在印度提供由SK Telecom的ThingPlug物聯(lián)網(wǎng)平臺建置的電視服務。Telecom利用LoRa物聯(lián)網(wǎng)平臺提供在安全系統(tǒng)以及智能工廠和智能建筑的服務。 如圖所示，SK Telecom利用在安全系統(tǒng)或是工廠機器人上布建大量的傳感器，透過傳感器組件所發(fā)出的Beacon來溝通，再透過LoRa組件收集傳感器的信息，利用LoRa或是WiFi網(wǎng)絡將信息傳遞到后端SK Telecom系統(tǒng)的服務器，管理者可以透過SK Telecom的EHS平臺來監(jiān)控系統(tǒng)。

　　LoRa雖然可用在許多物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)上，而被越來越多業(yè)者采用，但是LoRa也有在使用上的利弊。 如圖5所示，要如何將LoRa網(wǎng)絡和現(xiàn)有建置的IT環(huán)境無縫整合也是一個影響LoRa建置的議題。 LoRa網(wǎng)絡如何和舊有環(huán)境和未來新建置的環(huán)境結合，如何能管理這些系統(tǒng)，如何能提供系統(tǒng)的安全性，也是待解決的問題，尤其是這些物聯(lián)網(wǎng)組件因為低成本及低復雜度， 這些LoRa物聯(lián)網(wǎng)組件提供的安全機制遠低于現(xiàn)有計算機和手機系統(tǒng)能提供的安全性，因為缺乏安全機制設計，更容易在被駭入后被拿來做大量的網(wǎng)絡攻擊(DDoS);而且因為布建LoRa系統(tǒng)在智能家電上會更接近用戶的生活， 造成的資安問題將會更嚴重。 有許多業(yè)者采用LoRa系統(tǒng)來提供智能工廠的服務，但安裝在機器上的物聯(lián)網(wǎng)感測系統(tǒng)被駭入后，則會還有工廠安全的問題要考慮。 LoRa物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)因為低成本、低功耗、廣域傳輸、組件可以長時間使用(超過十年壽命)等優(yōu)點，能在初期提供快速的自動化智能管理的建置，但布建后衍生的安全漏洞也是一大問題。

　　. Sigfox宜大范圍監(jiān)控

　　Sigfox最大的特點在于傳輸速率低、傳輸范圍廣泛，相當適合發(fā)展大范圍的環(huán)境監(jiān)控。 不過該技術的數(shù)據(jù)傳輸量有每日上限，不能傳輸龐雜的訊息。 以基礎訊息為主，流量回報頻率低，每小時僅需回報一次的應用，如水表、電表、路燈等智能控制，就適合采用Sigfox技術。 然而，歐美等地近期為響應節(jié)能減碳，紛紛實施尖離峰差別電價，流量回報頻率將提高至每15分鐘回報一次。 如此密集的傳輸頻率，Sigfox技術就無法負荷。 而Sigfox核心網(wǎng)絡的營運與布建都掌握在法國網(wǎng)絡營運商Sigfox，并強調一個國家地區(qū)一個營運商，全球同一網(wǎng)絡，某種程度也是發(fā)展的一大阻礙，因為少了電信商的支持，Sigfox要進入消費性的物聯(lián)網(wǎng)市場難度恐將更為提升。

　　. NB-IoT占先機

　　NB-IoT因采用授權頻譜，可具備運營商級的安全和QoS保證，且支持現(xiàn)網(wǎng)升級，勢必可在最短時間內(nèi)搶占市場。 NB-IoT技術最適合運用在需要頻繁傳輸且具較短的下行延遲(Downlink Delay)之應用。

　　但是，NB-IoT的部署成本是高于其他LPWAN技術，其硬件成本較高，電池壽命的損耗較大，裝置消耗的功耗是LoRa裝置的5倍多。 而目前市場上IoT裝置多數(shù)是以數(shù)據(jù)傳輸為用途，例如：水表、傳感器等。 因此，即使NB-IoT開始發(fā)展商業(yè)應用，還是難以取代LoRa的裝置。 LoRa技術成熟度領先NB-IoT約一～二年，若可以利用這不到兩年的時間好好發(fā)展，把握這拉開差距的最佳時機，或許就可以搶占先機，并藉此在市場上取得一席之地。

　　各技術合作截長補短

　　智能城市的發(fā)展已如火如荼的進行著，而不久的將來，身為臺灣經(jīng)濟重心的科技園區(qū)，勢必會導入物聯(lián)網(wǎng)的技術，搜集工廠內(nèi)的數(shù)據(jù)，例如：溫度、水、氣體，進行環(huán)境監(jiān)測來提高產(chǎn)能以實現(xiàn)智能制造。 雖然LoRa的數(shù)據(jù)傳輸距離沒有Sigfox來得遠，但是相對擁有較高的傳輸帶寬，是技術選擇的首選。 以占地十公里的晶圓廠為例，在廠區(qū)內(nèi)搭建一個封閉型的LoRaWAN，建設成本與難度都不高。 企業(yè)將廠區(qū)所搜集到的數(shù)據(jù)，可采用透過更大范圍的NB-IoT網(wǎng)絡或者現(xiàn)有的4G LTE網(wǎng)絡傳送到開放的云端或私有云，將整合多個廠區(qū)的數(shù)據(jù)進行匯整分析。 正如同LoRa標準創(chuàng)始人Olivier Hersent所言：LoRa和NB-IoT并不存在競爭關系，而是將會發(fā)展成為如同Wi-Fi和LTE的合作關系，彼此共存。 然而LoRa也有如何將LoRa網(wǎng)絡和現(xiàn)有建置的IT環(huán)境無縫整合、以及如何能管理這些系統(tǒng)、如何提供系統(tǒng)的安全性等待解決的問題，尤其是物聯(lián)網(wǎng)的裝置若在缺乏安全機制的設計下，更容易引發(fā)嚴重的資安問題。