在數(shù)字化實體世界中,，物聯(lián)網(wǎng)技術的應用相當廣泛,，市場潛能與商機龐大,。
麥肯錫（MGI）《物聯(lián)網(wǎng)：超越市場炒作價值（The Internet of Things: Mapping the Value beyond the Hype）》報告預估,，2025年全球物聯(lián)網(wǎng)產值可望上看11.1兆美元，約占全球經濟的11%,，9個主要物聯(lián)網(wǎng)智慧應用場景包含工廠,、都市公共健康與交通運輸、個人健康與健身,、零售環(huán)境自動結帳,、工作場所、物流與導航,、自駕車領域,、家事自動化及家庭安全，以及辦公室安全及能源,。
圖一 : 2025年之前9大物聯(lián)網(wǎng)智慧應用場景及預估最大產值,。
?。╯ource：MGI 制表：季平）
新冠疫情加速物聯(lián)網(wǎng)落地
TrendForce資深分析師曾伯楷指出，新冠疫情使產業(yè)受到全面性沖擊,，促使企業(yè)加速數(shù)位轉型步調,，疫后新常態(tài)也會帶動遠距商機與終端產品需求。以物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展來說,，2021年物聯(lián)網(wǎng)已在數(shù)個主要領域落地成形,，如個人醫(yī)療、設備資安,、公共城市及商業(yè)制造等領域,，其中又以城市、家庭,、制造與醫(yī)療發(fā)展最積極,。
智慧城市透過IoT、5G等科技整合城市基礎建設,，進而賦能健康,、農業(yè)、能源,、建筑,、交通等領域，完整資產生命周期模擬和串聯(lián)互動,；智慧家庭持續(xù)以家庭連網(wǎng)設備及平臺為發(fā)展核心,，發(fā)揮智慧化、生態(tài)系與便利性等效益,，并以語音及邊緣AI為主要賦能技術,；智慧制造藉由導入自動化、數(shù)位孿生（Digital Twin）,、能源管理,、預測性維護等工具，協(xié)助廠商應對多變環(huán)境與疫情所帶來的沖擊,；智慧醫(yī)療著眼相關產品性能,、臨床安全性與數(shù)據(jù)溯源性等面向，以越趨完善及成熟的產業(yè)環(huán)境和技術,，在后疫情時代彰顯其價值,，并以感測技術與AI工具為產業(yè)發(fā)展的核心主力。
物聯(lián)網(wǎng)通訊技術現(xiàn)況
物聯(lián)網(wǎng)的三大主要元件為感應器,、數(shù)據(jù)儲存器及聯(lián)網(wǎng)技術,。以物聯(lián)網(wǎng)無線通訊技術來說，大分短距離通訊及長距離通訊,，前者如Zigbee,、Wi-Fi,、藍牙、Z-wave等通訊技術,，后者如LoRa、SigFox,、NB-IoT等LPWAN（Low-power Wide-Area Network）低功耗廣域網(wǎng)路,。
LPWAN可分為兩類：一是工作于免授權頻譜的LoRa、SigFox等技術,，也被稱為非蜂巢式LPWAN,，二是工作于授權頻譜下，3GPP（3rd Generation Partnership Project,，第三代合作計劃）所支援的2G/3G/4G蜂巢式通訊技術,，如EC-GSM、LTE Cat-M1,、NB-IoT等,，也被稱為蜂巢式LPWAN。不同無線技術對物聯(lián)網(wǎng)要求的組網(wǎng),、功耗,、通訊距離與安全性各異，因此適用于不同應用場景,。
4種常見短距離通訊技術
短距無線通訊技術中,，藍牙、Wi-Fi,、ZigBee應用最廣泛,。Wi-Fi是無線網(wǎng)絡的基礎，網(wǎng)絡結構簡單,，適用于大量資料傳輸,，如影音或AR/VR，缺點是耗電量大,，傳輸范圍小,，因此Wi-Fi聯(lián)盟為更遠距的無線應用開發(fā)IEEE 802.11ah標準，也稱為Wi-Fi HaLow,，使用免授權的900MHz頻段傳輸,，與LoRa、Sigfox都被歸類為低功耗廣域網(wǎng)路 （LPWAN）技術,。
藍牙可用于手機,、PDA等行動或穿戴式裝置，以及無線外圍設備如藍牙耳機,、藍牙鍵盤等,，聲音應用較成熟,，采用調頻技術，通信頻段為2.402GHz-2.480GHz,，緊跟物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,，藍牙4.2隱私功能更強大，傳輸速度更快,，智慧家庭領域采用Buletooth Smart技術的藍牙設備彼此之間可以不通過網(wǎng)絡互聯(lián)溝通,，即便突然斷網(wǎng)沒有Wi-Fi，智慧家庭中的各項設備仍可以繼續(xù)工作,，2016年已推出5.0版,，有效范圍最遠達300公尺，與藍牙4.2的1.5MB/s傳輸速度相比,，最快能達到2Mbps,。
ZigBee和Z-Wave多應用在自動控制領域，其中,，ZigBee被標準化為IEEE 802.15.4,，有868MHz-868.6MHz、902MHz-928MHz和2.4GHz-2.4835GHz等三頻段,，第三個頻段為免付費,、免申請的世界通用無線電頻段。Z-Wave采無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡技術,，任何節(jié)點都能直接或間接地和通信范圍內的其他臨近節(jié)點相互通訊,，美國工作頻率為908.42MHz、歐洲為868.42MHz,。Z-Wave傳輸距離遠,，可靠性高，但目前較專注于智慧家庭領域的發(fā)展,，市占率不如ZigBee,，歐美國家使用率較高。
3種常見長距離通訊技術
若將傳統(tǒng)行動通訊技術（2G/3G/4G）運用于物聯(lián)網(wǎng),，存在功耗大,、成本高等缺點，因此,，低功耗廣域網(wǎng)路（LPWAN）技術逐漸受到重視,。IHS Markit報告指出，NB-IoT及LoRa是LPWAN中市占最高的物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術,，預估2023年將有17億臺裝置使用LPWAN,。
NB-IoT是由3GPP所支持，具備多連接、低功耗,、低成本及廣覆蓋等優(yōu)勢,，使用授權頻段（Licensed Band），因此在網(wǎng)絡傳輸質量,、數(shù)據(jù)安全方面都具有保障,，加上可直接利用現(xiàn)有LTE站臺為基礎，透過In-band方式升級為NB-IoT網(wǎng)絡,，因此深受Vodafone,、Deutsche Telekom、中國移動,、中國聯(lián)通等電信商青睞，逐漸成為LPWAN主流技術,，物來也將大量運用于5G場景,，IHS預估NB-IoT 于2023年連接數(shù)將成長至7億3,980萬，2018至2023年復合成長率達93.3%,。
圖二 : 2018-2023年NB-IoT連接數(shù),。
（source：IHS 制表：季平）
使用非授權頻段的LPWAN技術包括Sigfox,、LoRa等,，進入門檻低、搭建容易,。LoRa與Sigfox都具有長距離,、低功耗特點，可延長電池壽命,，有利大范圍訊息傳輸,，由于兩者都使用免授權Sub-1GHz ISM頻段，不需額外支付授權費,，所以商業(yè)化速度較快,。Sigfox是由法國同名公司自行開發(fā)，已在全球網(wǎng)絡基地部署,，能同時在36個國家使用可連結網(wǎng)域及設備,。
LoRa傳輸距離最遠可達20公里，在同樣功耗下比傳統(tǒng)無線射頻通訊距離擴大約3-5倍,，掌握技術就能自行架設基站,，彈性更大，終端使用電池或其他能量收集方式供電,，電池壽命可達3-10年,。由于LoRa訊號對建物的穿透力強，在高速移動時通訊比NB-IoT更穩(wěn)定，適用場景包含智慧農業(yè)中的低功耗,、低成本傳感器,，或者可運用于工業(yè)自動化中的電池設備追蹤監(jiān)控、物流系統(tǒng)的追蹤定位等,。不過,，LoRa和Sigfox的每日傳輸次數(shù)有限制，所以比較適合使用在無實時通訊需求的領域,。
圖三 : 常見物聯(lián)網(wǎng)通訊技術適用場景及優(yōu)缺點
物聯(lián)網(wǎng)通訊技術發(fā)展趨勢
TrendForce資深分析師曾伯楷指出,，傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)多以感知層、網(wǎng)絡層,、系統(tǒng)層與應用層作為架構堆棧,，受物聯(lián)網(wǎng)設備連線技術與標準各異的影響，通訊技術成為物聯(lián)網(wǎng)架構中相當重要的一環(huán),，從蜂巢式的4G,、5G、LTE-M,、NB-IoT,，到非蜂巢式的LoRa、Sigfox,、Wi-Fi,、Wi-SUN等，從智慧城市,、工廠,、家庭乃至零售店面皆被廣泛運用，范圍也從地表拉升至太空,，近期衛(wèi)星通訊也漸成物聯(lián)網(wǎng)重要的通訊技術之一,。
短距離通訊及長距離通訊各有優(yōu)劣勢。常見的長距通訊多為低功耗廣域網(wǎng)路技術（LPWAN）,，藉低成本,、遠距離、低功耗等通訊特性,，在物聯(lián)網(wǎng)諸多應用場景中成為最適切的通訊技術之一,。短距離通訊則以智慧家庭或封閉場域的連線為主，包括行之有年的Wi-Fi,、藍牙等,，成本、功耗較高,，傳輸速度快而且流量大,。
基本上,，長、短距通訊因場景與需求較為分明,，所以采用選擇較為明確,，主要挑戰(zhàn)在于各技術皆能重疊應用的垂直領域，有諸多層面會影響廠商抉擇,，「成本是最直接的考量因素,，或者是來自于芯片商與標準制定話語權的角力，進一步延伸為聯(lián)盟,、生態(tài)圈等如何壯大,，以吸引更多軟硬件開發(fā)商采用?！?/p>
新議題及業(yè)內動態(tài)
曾伯楷觀察近期市場較為關注的物聯(lián)網(wǎng)議題,，短距通訊以Wi-Fi 6、低功耗藍牙,、UWB等技術為主,，其中，Wi-Fi聯(lián)盟于2021年發(fā)布Wi-Fi 6E認證計劃,，相較現(xiàn)行Wi-Fi 6優(yōu)勢在于支援6GHz，擴增至少1,200MHz頻寬,。高階Wi-Fi 6E產品須符合OFDMA,、TWT、MU-MIMO等八大特性,，也須要符合WFA才能獲得認證,。另一方面，近期有不少廠商想將IEEE 802.11ax用于IoT,，主要相中TWT能力,，而且僅需2.4GHz頻段與20MHz Channel Bandwidth，由此推估,，IEEE 802.11ax技術未來有望用于IoT,。
至于在藍牙方面，推估2021-2025年低功耗藍牙設備出貨量將成長3倍,，曾伯楷相當看好資產追蹤與智慧照明領域的發(fā)展,。另一個觀察指標是，伴隨全球對健康議題的關注提升,，使穿戴設備需求增長,，而且全球都在關注安全復工解決方案，因此,，藍牙技術聯(lián)盟預計大幅增加對藍牙RTLS的布署,。
至于藍牙智慧家庭的發(fā)展也相當好，如阿里巴巴、小米均以藍牙為智慧家庭布局,，關注智慧家電,、智慧照明兩大領域，主要著眼于可藉Mesh互聯(lián)照明降低逾70%的能源成本,。
長距通訊（LPWAN）發(fā)展方面,，曾伯楷認為，LPWAN具有低成本,、遠距離,、低功耗等通訊特性，即便流量小且延遲較長,，在物聯(lián)網(wǎng)諸多應用場景中仍是最適切的通訊技術之一,，諸多物聯(lián)網(wǎng)設備大宗多是以此技術為主流，綜合考量政策力道,、聯(lián)盟與生態(tài)圈,、部署區(qū)域、連結數(shù)與產業(yè)應用等要素,，現(xiàn)行市場頗有公領域重NB-IoT,、私領域以LoRa為首選、重疊領域則兩者可并行的氛圍,。
至于在物聯(lián)網(wǎng)垂直應用領域上,，資產追蹤與供應鏈管理解決方案是持續(xù)快速成長的市場，2021年NB-IoT新增支援國家與地區(qū)以歐陸為主,，主要瞄準跨境商機和漫游應用,，德國電信也擴大將NB-IoT漫游服務擴及到20個國家，各家業(yè)者著眼的應用范疇包括物流追蹤,、海運監(jiān)控等,，或者是由制造商根據(jù)需求直接為設備嵌入跨國網(wǎng)絡切換與連接功能。
與此同時,，LoRa聯(lián)盟同樣在2021年初積極強化技術與營運商的國際漫游可行性與參與度,，包括發(fā)起Connect EU計劃支持并鼓勵LoRa聯(lián)盟成員間的合作，更新技術規(guī)范以簡化漫游對接等,，目前全球已有27個國家可直接連結或透過Lacuna Space的衛(wèi)星使用LoRa漫游功能,，同時聚焦于支援跨國客戶的移動，以及固定資產在物流和追蹤方面的應用,，實現(xiàn)資產全球追蹤或內陸最后一哩路的配送,。
結語
即將邁入5G，通訊技術需求朝更大頻寬,、更高速率,、更低延遲發(fā)展,，由于資料傳輸較為密集、交換量更大,，當然更耗電,，因此LPWAN小資料量、長距離傳輸及省電特性,，近年來在物聯(lián)網(wǎng)應用領域中確實進展快速,，但是任何物聯(lián)網(wǎng)無線元件技術都有優(yōu)缺點及適合的應用場景，如智慧家庭閘道器多會容納1-3種通訊技術（如Wi-Fi,、Bluetooth,、ZigBee等）。
不論短距離或長距離無線通訊技術未來都可以獨立,、互補或共存,，視終端需求挑選最適合的技術，唯有選擇適合的軟件服務,，才能掌握物聯(lián)網(wǎng)龐大的應用商機,。
