根據Gantner報告預測，2020年全球IoT裝置將達250億個，思科預測的數字為500億個，而近年來LPWAN的技術已逐漸成熟，各家無線通訊晶片也蓄勢待發，有推出NB-IoT或CatM1單模產品，也有以雙模為主，並搭載GPS模組的產品供客戶選擇，然而在電信商升級基地台前，有幾項因素必須謹慎考慮。

首先以智慧城市作為案例，將來極有可能會在市、郊區佈建上萬顆透過LPWAN無線通訊技術連網的感測器，因為少了電線充電，因此在電池技術尚未取得突破之前，必須至少每三年手動更換一次電池，因此會造成後續維護上的麻煩。

延續上述案例，當三年維護期到後，維修人員到了當初套裝軟體寫入的座標進行電池更換時，竟發現當初安裝的感測器已經消失了，原來是因為工程問題，被人員不慎移動到其他位置，而無法尋回。因此，還得加裝GPS才能防止此類問題發生。

最後，還有可能發生各廠牌的電池規格不一，讓後續維護人員作業困難的問題。

上述皆是使用者須考量的維護問題，另外以系統整合商的角度看來，所考量的重點則在於：授權或非授權、特殊或標準化技術、產業鏈與導入成本等。與技術有關的項目還包括：頻寬、涵蓋範圍、節點容量、耗電量、安全性、移動支援性、定位功能等，這些都屬於使用無線通訊模組的考量重點。

台灣市場現況

至今為止，無線通訊已經累積有近20年的發展，直至目前已有許多應用技術被提出，例如授權頻段NB-IoT（NarrowBand-IoT），以及採用非授權頻段的LoRaWAN、Sigfox、Weightless、HaLow、RPMA（Random Phase Multiple Access）等。使用授權頻段技術為3GPP所主導的NB-IoT，使用現成3G/4G網路，各國的電信商也相繼投入，如美國的AT&T、中國的華為，而使用非授權頻段技術的公司，則多半不屬於電信領域的ICT廠商。

而台灣電信公司則有各自的打算，遠傳是NB-IoT與LoRa並行，中華電信偏重NB-IoT，台灣大偏重NB-IoT、並正評估LoRa中，亞太電信偏重LoRa，台灣之星則重壓NB-IoT，不做LoRa。

新漢（NEXCOM）副總經理李立偉表示，雖然NB-IoT、CatM1等是近年才出現的技術，但明顯可以看出被各大電信商所看好並預備採用。

LPWAN的優勢

無線傳輸最直接的好處，就是免於佈線的麻煩，目前也分成兩種型態，一種是主動推播資料給使用者，例如Beacon以及RFID，它們多半用在智慧倉儲和零售上，而在工業環境上，則多半與感測器結合，因此需要符合廣域傳輸的特性，隨時主動更新資料，如NB-IoT、LoRa等。

圖1 : LPWAN具備低功耗廣域的通訊傳輸特性。（source：MDPI）

授權頻段NB-IoT的優點就是建置容易，因為其仍使用4G頻段，因此只需要在既有的基地台上就能進行升級使用，相當節省成本，也擁有一定的安全性保證。

圖2 : 以閘道器作作為主要的通訊傳輸的解決方案。（source：NEXCOM）

當前基地台覆蓋範圍約20公里，NB-IoT適合於定點的應用，可在基地台覆蓋範圍內維持資料傳輸的穩定度，而且它可以穿透地面進行訊號傳輸，非常適合用於智慧三表相關的資料收集用途。而針對高速移動的應用，則適合使用LTECatM1的網路，它具備跨基站台不斷線的機制，可讓裝置在移動時仍保持持續的傳送資料。

此外，只有NB-IoT不須透過有線網路及閘道器，才能將資料上傳至雲端分析，而是讓裝置直接具備連線至雲端的能力，而Sigfox以及LoRa都仍需要閘道器才能將資料上傳到網路，因此u-blox也特別看好NB-IoT的發展前景。

圖3 : u-blox推出ZED-F9P多頻GNSS模組，整合RTK技術，適用於高精準度無人機、機器控制。（source：u-blox）

應用落地方案

在未來的使用情境上，LPWAN的技術除了應用於工業感測器上，同時也會用於智慧城市的佈建中，尤其是城市以外不容易布置、並且缺乏有線傳輸的地方。LPWAN技術適合用於突發的應用場域，因此會加裝於戶外，如空氣品質偵測器、水質監控，甚至是有毒氣體洩漏地點等，達成快速佈建的目標。

李立偉以新漢未來的規劃舉例：「以通訊技術為考量來說，主要的應用情境區分為兩種，一種是定點式的工業用，第二種是戶外型如智慧城市中的感測器。定點式的話，因為不需要額外的定位功能，因此我們會採用單模的NB-IoT技術，但若是戶外型的話，我們就是提供雙模NB-IoT與CatM1結合的技術，實現定位功能。」

新漢也碰到客戶疑問，在工廠內有必要採用無線通訊技術嗎？李立偉認為，若是在固定場域內，仍可以將眾多感測器集合在一組閘道器中，當數量達到一定程度，其成本也不會比無線通訊方案高太多，也能省下維護費用。

而以使用者的觀點來看，購買LPWAN感測器所擔心的地方在於可選擇的廠家不多，議價空間低，另一方面則是怕停產問題，擔心未來賣家中斷供貨，因此以目前看來，使用者仍傾向於購買便宜的感測器，加裝在閘道器上夠用就好，新漢同時提供閘道器及LPWAN兩種選擇，閘道器方面，將提供NB-IoT無線通訊技術。

此外，半導體廠的客戶因為其特殊限制，所以在無線通訊的頻率上，有一定要求，因為大半的LPWAN技術無法應用於半導體場域，例如頻率超過2.4GHz的Zigbee、LoRa、Wi-Fi等，所以新漢採用的是藍牙低功耗（BluetoothLowEnergy，BLE）技術，藉此滿足此類客戶的需求，雖然BLE仍有無法跨基地台傳輸的問題，但因為僅應用於工廠內部，並不影響實際應用。

應用多元 LPWAN走向雙模設計

物聯網對於低功耗的需求向來旺盛，由於物聯網產品傳輸的資料量無須大量，但須能定時傳遞，所以低耗能相當重要，因而促使低功耗廣域網路技術(LPWAN)的誕生，有趣的是，一般人提到諸如NB-IoT、LoRa與Sigfox等LPWAN技術，皆會直覺認定它們只存在著競爭關係；對此意法半導體產品行銷經理楊正廉表示，現在已有廠商採取「雙模式」做法。

楊正廉以LoRa與Sigfox為例指出，這兩大技術的應用領域重疊性相當高，也一直是被相關廠商作為相互比較的技術，事實上，LoRaWAN的傳輸距離遠不及Sigfox，不過訊號也可傳輸數公里；且因LoRa技術具有開放性，意味著對該技術有興趣的公司皆可佈署／營運，因此LoRa在面對跨國傳輸時，將會產生漫遊費用等問題，話雖如此，楊正廉認為，在某一特定範圍內／封閉型地區的應用，LoRa將較Sigfox更具有成本優勢。

圖4 : 意法半導體產品行銷經理楊正廉認為雙模組將會是未來趨勢。（攝影／王明德）

舉例來說，在農場的應用情境中，倘若農場主人欲於每一頭牛隻上加掛感測器以便追蹤；若是採用LoRa技術，使用者只須花費LoRa感測器模組、閘道器、Wi-Fi，以及雲端的建置成本即可做好牛隻的管理。且LoRa也可透過現有傳統LTE網路，將資訊傳送至雲端，再透過更大範圍的NB-IoT網路或者現有的4G LTE網路傳送到開放的雲端或私有雲，整合多個廠區的數據進行彙整分析，就會是智慧製造非常有用的資訊。

但在此一類型的應用情境中採用Sigfox技術，每一頭牛即視為單一節點；而Sigfox的特性即是每一節點，每一年皆須向Sigfox公司繳交年費（每一節點的費用將坐落在1～12元美金不等），就以封閉型的應用區域而言，LoRa將更具有成本優勢。

研華的M2.COM解決方案

另一方面，研華則是推出以LoRaWAN為主的解決方案，LoRaWAN具有長距離、低功耗的特點，專為採用無線方式、由電池供電設備組建的智慧城市應用而打造，有利於保障雙向通訊、移動性和當地化服務，滿足包括環境監控、街道照明、停管系統、智慧建築、智能錶頭及車隊管理等全方位應用需求。

研華提供完整的LoRa解決方案，如WISE-DK1510LoRa感測器節點開發套件、WISE-3610LoRa閘道器等，是基於M2.COM標準規格並內建Armmbed作業系統，提供開發者豐富的SDK工具與標準程式庫，還有研華WISE-Link無線解決方案，可支援LPWAN開發人員在物聯網設備和雲端安全開發私有網路。

圖5 : WISE-1510是一款整合了Arm Cortex-M4處理器和LoRa / LoRaWAN連接的無線模組。（source：研華）

另外研華也推出一套彈性化模組M2.COM，透過共同規格的電路板與外接連接埠，模組上的晶片可以換用NB-IoT、LoRa或Sigfox。方便產品開發商進行導入，為工業物聯網統一標準之硬體與軟體規格開發平台。

圖6 : M2.COM為工業物聯網統一標準之硬體與軟體規格開發平台。（source：研華）

其模組對外聯繫介面，來自於M.2標準介面，搭載感測器介面、運算微處理器以及無線傳輸技術。經由USB、PWM、SDIO、I2C、I2S、UART、GPIO、SPI和ADC等介面可連接IoT感測器和控制端設備進行資料獲取和設備控制。

系統商面臨的挑戰

以目前看來，LPWAN距離真正落地發酵仍有一段時間，因為仍有電池（接頭）規格統一、後續更換電池的維護以及戶外電池的過熱問題需要解決，除非能與現正火熱的非接觸式無線充電做結合，才有機會克服困難。

然而在技術方面，目前尚未碰到瓶頸，因此已有許多種類的感測器開始進行實測，遠傳電信也成為首位拿到NB-IoT執照的電信商，中華電信則緊追在後，並也準備遞交Cat M1的解決方案。

當前絕大多數的使用者，仍是使用有線匣道器的方式進行通訊傳輸，過去曾有過WiMax事件的慘痛經驗，因此在決定使用何種LPWAN時，台灣產業鏈的各個業者無不小心翼翼，跟著國外腳步而動，而非像過去一頭熱栽進WiMax的大坑中。

**刊頭圖：LPWAN將協助實現萬物聯網。（source：IntelligentHQ）