資通訊產業下一階段的發展重點之一為物聯網，將會有許多新創團隊鎖定物聯網，以智能城市為主題推出各種產品與應用，將資通訊領域發展推向另一高峰。物聯網發展下，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絡做為底層機制。 此外，為了滿足物聯網裝置省電、長距離傳輸數據的應用場景需求，低功耗廣域網(Low Power Wide Area Network, LPWAN)因此而生。

　　LPWAN是物聯網被談論多年之后，萬物聯網最具體的實現。 由于對于影音、數據傳輸、即時消息等沒有過于復雜的要求，學者相當看好物聯網裝置數量的成長，并預估聯網裝置數量將在2021年累積高達280億個，其中的150億是物聯網裝置。 面對此一趨勢，產業界也興起一波投入熱潮，希望能快速布局搶占商機。

　　無線通信領域的發展相當迅速，二十年來，從移動電話問世到現在已經在討論第五代標準。 而在5G正式上路之前，LPWAN提供產業持續前進的動力，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被提出。 根據愛立信行動趨勢報告(Ericsson Mobility Report)的預測，2023年具備有LPWAN能力的物聯網裝置將超過40億臺。

　　目前備受注目的LPWAN技術為LoRa、Sigfox、NB-IoT。 就LPWAN業者提供的服務現況而言，大致可歸類為智能讀表系統、停車管理、資產追蹤、環境監測等四大領域。

　　LoRa技術屬于非授權頻段(Unlicense Band)，數據傳輸在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)，大幅改善了物聯網技術LPWAN在大量布建下所產生的聯機碰撞問題。 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)。

　　聯網技術各臨挑戰

　　LoRa、Sigfox、NB-IoT各有優勢，以下針對技術的現況進行說明，并探討這些技術優勢將為LoRa帶來哪些發展上的挑戰。

　　. LoRa大張旗鼓

　　LoRa是最受產業支持的LPWAN技術，由IBM、Cisco領軍，組成LoRa聯盟。 聯盟中各領域的廠商雖然類型不同，但都有著成為物聯網時代領導廠商的共同目標。 使得聯盟自2015年3月成立以來，會員快數增長，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，成立富鴻網進軍LoRaWAN領域。 目前已超過120個城市有網絡運行，而富鴻網于臺灣的臺北市與新北市布建了500個基地臺。 然而，聯盟中芯片相關的廠商還是比較弱勢的一環，由于LoRa網絡核心技術掌握在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是由法國網絡營運商Sigfox所自行研發的技術，擴大建置網絡，比其他競爭對手更快的搶下市場，是這家新創公司所采取的策略。 目前，Sigfox全球網絡覆蓋已達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絡布建、服務供應一條龍的作法，吸引許多廠商加入其生態系統。 設備制造伙伴已經有71家、IoT平臺供貨商有49家、芯片供貨商8家、模塊廠商15家、軟件與設計服務業者30家與育成/創投業者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，而Sigfox的低價化優勢，且技術最為簡單，有可能在短時間內達到終端芯片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。

　　. NB-IoT蓄勢待發

　　NB-IoT是由國際電信標準制定組織3GPP所推廣的新一代物聯網無線通信技術，不僅有較高的數據傳送率，還有較大的數據傳送量，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應用，但也獲得不少企業力挺，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。

　　聯網技術應用各有優勢

　　隨著智能城市的公用事業IoT應用如水表、煙霧偵測器、加油箱等規模持續增長，增加了更多需要設備與設備間的小量數據且遠距無線傳輸用途的應用需求。 物聯網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，而靠著裝置內建的電池可維系10年以上的使用時間，對于企業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物聯無線感測網絡，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網絡之商用IoT服務。 就連臺北市、紐約等城市也陸續布建LoRa網絡來打造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組件連上網絡。Atilze Digital提供聯網車載、進階駕駛協助系統(ADAS)、智能城市、智能農業、智能家庭等物聯網服務。 SK Telecom在今年9月利用LoRa技術在車輛行駛管理系統，將車輛行駛情況回報系統。 SK Telecom的LoRa物聯網系統結合LTE-M的技術，提供在電表、追蹤系統、監控系統、安全系統、工廠及建筑的服務。 圖1為SK Telecom用在追蹤系統的平臺。 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、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物聯網平臺建置的電視服務。Telecom利用LoRa物聯網平臺提供在安全系統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網絡將信息傳遞到后端SK Telecom系統的服務器，管理者可以透過SK Telecom的EHS平臺來監控系統。

　　LoRa雖然可用在許多物聯網系統上，而被越來越多業者采用，但是LoRa也有在使用上的利弊。 如圖5所示，要如何將LoRa網絡和現有建置的IT環境無縫整合也是一個影響LoRa建置的議題。 LoRa網絡如何和舊有環境和未來新建置的環境結合，如何能管理這些系統，如何能提供系統的安全性，也是待解決的問題，尤其是這些物聯網組件因為低成本及低復雜度， 這些LoRa物聯網組件提供的安全機制遠低于現有計算機和手機系統能提供的安全性，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絡攻擊(DDoS);而且因為布建LoRa系統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。 有許多業者采用LoRa系統來提供智能工廠的服務，但安裝在機器上的物聯網感測系統被駭入后，則會還有工廠安全的問題要考慮。 LoRa物聯網系統因為低成本、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，相當適合發展大范圍的環境監控。 不過該技術的數據傳輸量有每日上限，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核心網絡的營運與布建都掌握在法國網絡營運商Sigfox，并強調一個國家地區一個營運商，全球同一網絡，某種程度也是發展的一大阻礙，因為少了電信商的支持，Sigfox要進入消費性的物聯網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，且支持現網升級，勢必可在最短時間內搶占市場。 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裝置多數是以數據傳輸為用途，例如：水表、傳感器等。 因此，即使NB-IoT開始發展商業應用，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

　　智能城市的發展已如火如荼的進行著，而不久的將來，身為臺灣經濟重心的科技園區，勢必會導入物聯網的技術，搜集工廠內的數據，例如：溫度、水、氣體，進行環境監測來提高產能以實現智能制造。 雖然LoRa的數據傳輸距離沒有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，在廠區內搭建一個封閉型的LoRaWAN，建設成本與難度都不高。 企業將廠區所搜集到的數據，可采用透過更大范圍的NB-IoT網絡或者現有的4G LTE網絡傳送到開放的云端或私有云，將整合多個廠區的數據進行匯整分析。 正如同LoRa標準創始人Olivier Hersent所言：LoRa和NB-IoT并不存在競爭關系，而是將會發展成為如同Wi-Fi和LTE的合作關系，彼此共存。 然而LoRa也有如何將LoRa網絡和現有建置的IT環境無縫整合、以及如何能管理這些系統、如何提供系統的安全性等待解決的問題，尤其是物聯網的裝置若在缺乏安全機制的設計下，更容易引發嚴重的資安問題。