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(chǎn)值可望上看11.1兆美元，約占全球經(jīng)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)境自動結賬、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)智能應用場景及預估最大產(chǎn)值。（source：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(chǎn)業(yè)受到全面性沖擊，促使企業(yè)加速數(shù)字轉型步調(diào)，疫后新常態(tài)也會帶動遠距商機與終端產(chǎn)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。
圖二 : TrendForce資深分析師曾伯楷。（source：TrendForce）
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(nóng)業(yè)、能源、建筑、交通等領域，完整資產(chǎn)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；智能制造藉由導入自動化、數(shù)字孿生（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；智能醫(yī)療著眼相關產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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)的三大主要組件為傳感器、數(shù)據(jù)儲存器及聯(lián)網(wǎng)技術。以物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術來說，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)。
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）所支持的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
短距無線通信技術中，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，適用于大量數(shù)據(jù)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) （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(diào)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，智能家庭領域采用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(nèi)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)（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，用戶許可證頻段（Licensed Band），因此在網(wǎng)絡傳輸質(zhì)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%。
圖三 : 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，進入門坎低、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，適用場景包含智能農(nóng)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。
圖四 : 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)設備聯(lián)機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)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。短距離通訊則以智能家庭或封閉場域的聯(lián)機為主，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)在于各技術皆能重迭應用的垂直領域，有諸多層面會影響廠商抉擇，「成本是最直接的考慮因素，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。」
新議題及業(yè)內(nèi)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)勢在于支持6GHz，擴增至少1,200MHz帶寬。高階Wi-Fi 6E產(chǎn)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(chǎn)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，綜合考慮政策力道、聯(lián)盟與生態(tài)圈、部署區(qū)域、鏈接數(shù)與產(chǎn)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、重迭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(chǎn)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新增支持國家與地區(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個國家可直接鏈接或透過Lacuna Space的衛(wèi)星使用LoRa漫游功能，同時聚焦于支持跨國客戶的移動，以及固定資產(chǎn)在物流和追蹤方面的應用，實現(xiàn)資產(chǎn)全球追蹤或內(nèi)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帶寬、更高速率、更低延遲發(fā)展，由于數(shù)據(jù)傳輸較為密集、交換量更大，當然更耗電，因此LPWAN小數(shù)據(jù)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)無線組件技術都有優(yōu)缺點及適合的應用場景，如智能家庭網(wǎng)關多會容納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信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。
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