物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things;縮寫IoT)，指的是物物相連，每個(gè)裝置都可以透過網(wǎng)絡(luò)來互相交換訊息。物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念不算太新的名詞，早在1995年比爾蓋茲的《未來之路》一書中，就首次提到了物聯(lián)網(wǎng)的概念。

　　然而，當(dāng)年受限于技術(shù)瓶頸，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)一直沒有好好發(fā)展起來。直到近年云端運(yùn)算、云端儲(chǔ)存成本降低，以及大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)應(yīng)用的提升，再加上終端連網(wǎng)數(shù)量不斷的增加，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)才終于在過去幾年大鳴大放了起來。

　　一、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈

　　物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)可以分成三個(gè)不同的層次。第一層為感測(cè)層，也就是物聯(lián)網(wǎng)里的“物(Things)”，由可以感測(cè)訊號(hào)的裝置組成，用以監(jiān)控所在位置的物理或環(huán)境狀況，例如影像、溫度、濕度、動(dòng)作、壓力感測(cè)等。

　　第二層為網(wǎng)絡(luò)層，包含無線或有線的因特網(wǎng)，用以提供可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。每一個(gè)裝置都具有IP位置，可以將裝置搜集來的信息，整合到物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)管理中心。

　　第三層為應(yīng)用層，物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)將近80%的商機(jī)來自于此。當(dāng)我們將第一層的“物”透過第二層的“網(wǎng)絡(luò)”鏈接起來后，就可以來思考不同領(lǐng)域的應(yīng)用了。例如：智能家居、智慧城市、智慧零售、智能電網(wǎng)、智能醫(yī)療、穿戴式設(shè)備等。

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈

　　二、LPWAN備受關(guān)注

　　其中，在第二層的網(wǎng)絡(luò)層中，低功耗廣域網(wǎng)(Low Power Wide Area Network;縮寫LPWAN)之新興無線通信技術(shù)逐漸受到關(guān)注，能大幅擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用情境，而SIGFOX、LoRa、NB-IoT均為L(zhǎng)PWAN技術(shù)之一種，也正是LPWAN技術(shù)中市場(chǎng)滲透率最高的技術(shù)。

LPWAN技術(shù)的定位

　　不同于傳統(tǒng)的Wi-Fi、Bluetooth等短距離通訊協(xié)議，LPWAN因?yàn)榫哂械秃碾?、低速度、低?shù)據(jù)量、低成本等特性，因此非常適合用在智慧能源、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)，例如海上油井設(shè)施、停車位管理、農(nóng)場(chǎng)牛只追蹤、魚塭水質(zhì)監(jiān)控、土石流監(jiān)控等低頻次數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)域。

　　在LPWAN技術(shù)中，又可以分成授權(quán)頻段(License Band)與非授權(quán)頻段(Unlicense Band)來介紹。

三大LPWAN技術(shù)比較

　　采用授權(quán)頻段技術(shù)的為3GPP(3rd Generation Partnership Project)主導(dǎo)的NB-IoT(Narrow Band IoT)，其采用現(xiàn)有的3G/4G網(wǎng)絡(luò)，主要投入為電信營(yíng)運(yùn)商及相關(guān)設(shè)備廠商。

　　至于非授權(quán)頻段，就呈現(xiàn)了遍地開花的狀況，大部分不屬于電信領(lǐng)域的ICT廠商，都會(huì)選擇投入這邊，主要的代表技術(shù)正是SIGFOX與LoRa。

　　它們都采用了ISM頻段(Industrial Scientific Medical Band)，這是一種各國開放給工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)使用的頻段。它們無須許可證及費(fèi)用，只需要遵守一定的發(fā)射功率(一般低于1W)，不要對(duì)其他頻段造成干擾即可。

　　以下分別簡(jiǎn)述LPWAN三大技術(shù)：LoRa、SIGFOX、NB-IoT。

　　三、SIGFOX技術(shù)簡(jiǎn)介

　　SIGFOX是由2009年創(chuàng)立的法國公司SIGFOX所開發(fā)，該廠商從2012年開始推展物聯(lián)網(wǎng)無線服務(wù)業(yè)務(wù)。

　　與其他LPWAN技術(shù)相較，SIGFOX是傳輸速率最低的技術(shù)，速度僅100bits/s，且每個(gè)裝置一天最多只能傳送140則訊息，每則訊息最大的容量為12bytes。由于降低了信息傳輸量，因此就能大幅節(jié)省了物聯(lián)網(wǎng)裝置的電力消耗。例如，水表、電表、路燈控制這類的應(yīng)用，由于流量回報(bào)頻率每小時(shí)低于一次，就很適合SIGFOX應(yīng)用。

　　以SIGFOX的智能水表應(yīng)用為例，基本上水表裝置僅上傳數(shù)據(jù)，不接收訊息。在沒有進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的時(shí)候，水表裝置就會(huì)處于休眠狀態(tài)，因此一顆三號(hào)電池就能夠使用十年。

　　SIGFOX最大的特色在于建立一個(gè)全球共同的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，再透過各地特許的網(wǎng)絡(luò)營(yíng)運(yùn)商SNO(SIGFOX Network Operator)提供服務(wù)，原則上單一地區(qū)由單一業(yè)者負(fù)責(zé)(例如，臺(tái)灣地區(qū)特許營(yíng)運(yùn)商為UnaBiz)。

　　從下圖可知，SIGFOX所提供的服務(wù)并非僅有網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)，客戶也可以選擇SIGFOX云端服務(wù)。這么一來，企業(yè)便無須擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間等基礎(chǔ)設(shè)施的建構(gòu)，可以更專注于物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的開發(fā)。

SIGFOX服務(wù)示意圖

　　隨著LPWAN競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，SIGFOX現(xiàn)階段最重要的目標(biāo)莫過于基地臺(tái)搭建了，目前全球已有32國家和地區(qū)推動(dòng)搭建，例如法國、英國、西班牙、德國、荷蘭、美國等，并計(jì)劃于2018年將網(wǎng)絡(luò)搭建推進(jìn)到60個(gè)國家和地區(qū)。

　　SIGFOX技術(shù)雖然不像LoRa有許多ICT大廠投入、也不如NB-IoT獲得市場(chǎng)廣泛注意，但由于SIGFOX上游技術(shù)IP免費(fèi)授權(quán)的策略，吸引了許多廠商加入SIGFOX生態(tài)系，包含上游的芯片、模塊制造、系統(tǒng)整合、專業(yè)代工設(shè)計(jì)與生產(chǎn)、平臺(tái)服務(wù)、通路等等。

　　目前SIGFOX已有71個(gè)設(shè)備制造伙伴、49個(gè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)供貨商、8家芯片供貨商、15個(gè)模塊廠商、30家軟件與設(shè)計(jì)服務(wù)業(yè)者，以及4個(gè)育成/創(chuàng)投業(yè)者。其中芯片供貨商包括德州儀器(TI)、意法半導(dǎo)體(ST)、芯科(Silicon Labs)、安森美(On-Semi)、恩智浦(NXP)、Ethertronics、Microchip與云創(chuàng)通訊(M2Comm)。

　　四、LoRa技術(shù)簡(jiǎn)介

　　LoRa是美國半導(dǎo)體制造商Semtech借助其并購的法國公司Cycleo所開發(fā)的無線通信技術(shù)LoRa，在這個(gè)基礎(chǔ)上與IBM合作完成規(guī)范，并由Semtech、IBM、Cisco為核心所組成的LoRa聯(lián)盟推動(dòng)相關(guān)發(fā)展，目前擁有500多家會(huì)員，可說是當(dāng)前最受產(chǎn)業(yè)支持的LPWAN技術(shù)。

　　不同于SIGFOX由SNO獨(dú)家提供網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)模式，LoRa采用如Wi-Fi般，任何人都能自行設(shè)置基地臺(tái)(Wi-Fi access point)來建置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的模式。

Lora服務(wù)示意圖

　　雖然LoRa的傳輸距離沒有SIGFOX遠(yuǎn)，但因其具有較高的傳輸帶寬，且在數(shù)據(jù)傳輸上更具彈性，除了能像SIGFOX進(jìn)行單向傳輸?shù)氖‰娡ㄓ嵧?，亦可?zhí)行一定程度的數(shù)據(jù)交換，因此特別適合用在智能工廠應(yīng)用上。

　　以芯片廠為例，一個(gè)廠區(qū)少則一公里，大則十公里上下。透過一個(gè)封閉的LoRa網(wǎng)絡(luò)，先在廠區(qū)內(nèi)搜集完各節(jié)點(diǎn)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)后，再透過更大范圍的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)或者是現(xiàn)有的4G LTE網(wǎng)絡(luò)傳送到云端，將各個(gè)廠區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)整分析，就會(huì)是智能制造非常有用的信息。

　　此外，LoRa也是除了NB-IoT之外，唯一吸引電信營(yíng)運(yùn)商投入的LPWAN技術(shù)。目前有許多家電信業(yè)者皆導(dǎo)入了LoRa，作為提供物聯(lián)網(wǎng)通訊服務(wù)的基礎(chǔ)。例如法國的Orange、荷蘭的KPN、印度的Tata等國際大型營(yíng)運(yùn)商。

　　在臺(tái)灣地區(qū)市場(chǎng)，亞太電信亦積極布局LoRa，在鴻海集團(tuán)資源的支持下，由富鴻網(wǎng)串連起產(chǎn)業(yè)上下游，從硬件制造到網(wǎng)絡(luò)搭建，提供一條龍的服務(wù)。目前富鴻網(wǎng)已在雙北市建置了500個(gè)LoRa網(wǎng)絡(luò)基地臺(tái)，基本上已經(jīng)覆蓋北臺(tái)灣地區(qū)的人口稠密區(qū)。

　　不過，LoRa在目前500多個(gè)聯(lián)盟會(huì)員中，芯片廠商算是相對(duì)弱勢(shì)的一環(huán)。LoRa雖然積極與芯片商合作，但其網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)還是掌握在發(fā)起廠商之一的升特(Semtech)身上，芯片廠商要合作通常是以MCU搭配Semtech的通訊芯片，或者以模塊的方式推出，談判能力相對(duì)較低。

　　五、NB-IoT技術(shù)簡(jiǎn)介

　　雖然與SIGFOX、LoRa等其他LPWAN技術(shù)相比，NB-IoT技術(shù)發(fā)展起步較晚。不過，由于它是由國際電信標(biāo)準(zhǔn)制定組織3GPP所支持，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)所打造的電信級(jí)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量、數(shù)據(jù)安全都有更高的保障，再加上建置成本較低，電信商不用大幅更改現(xiàn)行的4G LTE電信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，就能快速部署，因而備受各國電信商所支持。

　　在應(yīng)用領(lǐng)域方面，由于NB-IoT采用電信級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)質(zhì)量有保障，因此更適合高價(jià)貨物的追蹤，或是與消費(fèi)者有直接關(guān)聯(lián)的應(yīng)用。例如，家中長(zhǎng)輩的健康照護(hù)就很適合采用NB-IoT，但工業(yè)控制、智能制造、智能農(nóng)業(yè)等就不大適合。

　　NB-IoT技術(shù)在全球獲得三大電信設(shè)備商諾基亞(Nokia)、愛立信(Ericsson)、華為支持，并在亞洲、歐洲、美洲等區(qū)域已開通實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，預(yù)計(jì)到2018年全球至少超過30家營(yíng)運(yùn)商會(huì)投入營(yíng)運(yùn)，摸索出市場(chǎng)可接受的商業(yè)模式。

　　六、結(jié)論

　　LPWAN的特性在于低功耗、長(zhǎng)距離、低傳輸量、低成本。然而，LPWAN也并非萬能，無法取代所有無線的傳輸應(yīng)用，例如高速傳輸需求、實(shí)時(shí)性的應(yīng)用就需要仰賴其他傳輸技術(shù)。

　　而以現(xiàn)行LPWAN三大技術(shù)SIGFOX、LoRa、NB-IoT的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)來看，我個(gè)人認(rèn)為，這三大技術(shù)不論在功耗、傳輸距離、應(yīng)用場(chǎng)域上各有擅長(zhǎng)，因此很難說誰會(huì)被誰取代。在我看來，這三大技術(shù)在未來幾年更可能會(huì)依不同的應(yīng)用場(chǎng)域來做交叉應(yīng)用。

　　例如，雖然NB-IoT備受看好，有不需重新搭建網(wǎng)絡(luò)的特性，產(chǎn)業(yè)鏈也與現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)一致，但NB-IoT的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都要裝上SIM卡收費(fèi)，以發(fā)展智能家居來看，若家中的每一臺(tái)電視、冰箱、洗衣機(jī)等電器用品都要付錢給電信公司，我想這在商業(yè)模式上好像不大實(shí)際。

　　因此，更有可能的做法，應(yīng)該是在局域網(wǎng)絡(luò)先采取LoRa、Wi-sun這類型的通訊協(xié)議，待數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸?shù)揭粋€(gè)點(diǎn)后，再一起以NB-IoT、LTM將數(shù)據(jù)傳輸出去，這樣的做法我想會(huì)更make sense(有道理)。