七大无线技术竞逐物联网，谁是最终的答案？

在数字化实体世界中，物联网技术的应用相当广泛，市场潜能与商机庞大。

麦肯锡(MGI)《物联网：超越市场炒作价值(The Internet of Things: Mapping the Value beyond the Hype)》报告预估，2025年全球物联网产值可望上看11.1兆美元，约占全球经济的11%，9个主要物联网智慧应用场景包含工厂、都市公共健康与交通运输、个人健康与健身、零售环境自动结帐、工作场所、物流与导航、自驾车领域、家事自动化及家庭安全，以及办公室安全及能源。

图一 : 2025年之前9大物联网智慧应用场景及预估最大产值。

(source：MGI 制表：季平)

新冠疫情加速物联网落地

TrendForce资深分析师曾伯楷指出，新冠疫情使产业受到全面性冲击，促使企业加速数位转型步调，疫后新常态也会带动远距商机与终端产品需求。以物联网发展来说，2021年物联网已在数个主要领域落地成形，如个人医疗、设备资安、公共城市及商业制造等领域，其中又以城市、家庭、制造与医疗发展最积极。

智慧城市透过IoT、5G等科技整合城市基础建设，进而赋能健康、农业、能源、建筑、交通等领域，完整资产生命周期模拟和串联互动；智慧家庭持续以家庭连网设备及平台为发展核心，发挥智慧化、生态系与便利性等效益，并以语音及边缘AI为主要赋能技术；智慧制造藉由导入自动化、数位孪生(Digital Twin)、能源管理、预测性维护等工具，协助厂商应对多变环境与疫情所带来的冲击；智慧医疗着眼相关产品性能、临床安全性与数据溯源性等面向，以越趋完善及成熟的产业环境和技术，在后疫情时代彰显其价值，并以感测技术与AI工具为产业发展的核心主力。

物联网通讯技术现况

物联网的三大主要元件为感应器、数据储存器及联网技术。以物联网无线通讯技术来说，大分短距离通讯及长距离通讯，前者如Zigbee、Wi-Fi、蓝牙、Z-wave等通讯技术，后者如LoRa、SigFox、NB-IoT等LPWAN（Low-power Wide-Area Network）低功耗广域网路。

LPWAN可分为两类：一是工作于免授权频谱的LoRa、SigFox等技术，也被称为非蜂巢式LPWAN，二是工作于授权频谱下，3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作计划)所支援的2G/3G/4G蜂巢式通讯技术，如EC-GSM、LTE Cat-M1、NB-IoT等，也被称为蜂巢式LPWAN。不同无线技术对物联网要求的组网、功耗、通讯距离与安全性各异，因此适用于不同应用场景。

4种常见短距离通讯技术

短距无线通讯技术中，蓝牙、Wi-Fi、ZigBee应用最广泛。Wi-Fi是无线网络的基础，网络结构简单，适用于大量资料传输，如影音或AR/VR，缺点是耗电量大，传输范围小，因此Wi-Fi联盟为更远距的无线应用开发IEEE 802.11ah标准，也称为Wi-Fi HaLow，使用免授权的900MHz频段传输，与LoRa、Sigfox都被归类为低功耗广域网路 (LPWAN)技术。

蓝牙可用于手机、PDA等行动或穿戴式装置，以及无线外围设备如蓝牙耳机、蓝牙键盘等，声音应用较成熟，采用调频技术，通信频段为2.402GHz-2.480GHz，紧跟物联网发展，蓝牙4.2隐私功能更强大，传输速度更快，智慧家庭领域采用Buletooth Smart技术的蓝牙设备彼此之间可以不通过网络互联沟通，即便突然断网没有Wi-Fi，智慧家庭中的各项设备仍可以继续工作，2016年已推出5.0版，有效范围最远达300公尺，与蓝牙4.2的1.5MB/s传输速度相比，最快能达到2Mbps。

ZigBee和Z-Wave多应用在自动控制领域，其中，ZigBee被标准化为IEEE 802.15.4，有868MHz-868.6MHz、902MHz-928MHz和2.4GHz-2.4835GHz等三频段，第三个频段为免付费、免申请的世界通用无线电频段。Z-Wave采无线网状网络技术，任何节点都能直接或间接地和通信范围内的其他临近节点相互通讯，美国工作频率为908.42MHz、欧洲为868.42MHz。Z-Wave传输距离远，可靠性高，但目前较专注于智慧家庭领域的发展，市占率不如ZigBee，欧美国家使用率较高。

3种常见长距离通讯技术

若将传统行动通讯技术(2G/3G/4G)运用于物联网，存在功耗大、成本高等缺点，因此，低功耗广域网路(LPWAN)技术逐渐受到重视。IHS Markit报告指出，NB-IoT及LoRa是LPWAN中市占最高的物联网传输技术，预估2023年将有17亿台装置使用LPWAN。

NB-IoT是由3GPP所支持，具备多连接、低功耗、低成本及广覆盖等优势，使用授权频段(Licensed Band)，因此在网络传输质量、数据安全方面都具有保障，加上可直接利用现有LTE站台为基础，透过In-band方式升级为NB-IoT网络，因此深受Vodafone、Deutsche Telekom、中国移动、中国联通等电信商青睐，逐渐成为LPWAN主流技术，物来也将大量运用于5G场景，IHS预估NB-IoT 于2023年连接数将成长至7亿3,980万，2018至2023年复合成长率达93.3%。

图二 : 2018-2023年NB-IoT连接数。

(source：IHS 制表：季平)

使用非授权频段的LPWAN技术包括Sigfox、LoRa等，进入门槛低、搭建容易。LoRa与Sigfox都具有长距离、低功耗特点，可延长电池寿命，有利大范围讯息传输，由于两者都使用免授权Sub-1GHz ISM频段，不需额外支付授权费，所以商业化速度较快。Sigfox是由法国同名公司自行开发，已在全球网络基地部署，能同时在36个国家使用可连结网域及设备。

LoRa传输距离最远可达20公里，在同样功耗下比传统无线射频通讯距离扩大约3-5倍，掌握技术就能自行架设基站，弹性更大，终端使用电池或其他能量收集方式供电，电池寿命可达3-10年。由于LoRa讯号对建物的穿透力强，在高速移动时通讯比NB-IoT更稳定，适用场景包含智慧农业中的低功耗、低成本传感器，或者可运用于工业自动化中的电池设备追踪监控、物流系统的追踪定位等。不过，LoRa和Sigfox的每日传输次数有限制，所以比较适合使用在无实时通讯需求的领域。

图三 : 常见物联网通讯技术适用场景及优缺点

物联网通讯技术发展趋势

TrendForce资深分析师曾伯楷指出，传统物联网多以感知层、网络层、系统层与应用层作为架构堆栈，受物联网设备连线技术与标准各异的影响，通讯技术成为物联网架构中相当重要的一环，从蜂巢式的4G、5G、LTE-M、NB-IoT，到非蜂巢式的LoRa、Sigfox、Wi-Fi、Wi-SUN等，从智慧城市、工厂、家庭乃至零售店面皆被广泛运用，范围也从地表拉升至太空，近期卫星通讯也渐成物联网重要的通讯技术之一。

短距离通讯及长距离通讯各有优劣势。常见的长距通讯多为低功耗广域网路技术(LPWAN)，藉低成本、远距离、低功耗等通讯特性，在物联网诸多应用场景中成为最适切的通讯技术之一。短距离通讯则以智慧家庭或封闭场域的连线为主，包括行之有年的Wi-Fi、蓝牙等，成本、功耗较高，传输速度快而且流量大。

基本上，长、短距通讯因场景与需求较为分明，所以采用选择较为明确，主要挑战在于各技术皆能重叠应用的垂直领域，有诸多层面会影响厂商抉择，「成本是最直接的考量因素，或者是来自于芯片商与标准制定话语权的角力，进一步延伸为联盟、生态圈等如何壮大，以吸引更多软硬件开发商采用。」

新议题及业内动态

曾伯楷观察近期市场较为关注的物联网议题，短距通讯以Wi-Fi 6、低功耗蓝牙、UWB等技术为主，其中，Wi-Fi联盟于2021年发布Wi-Fi 6E认证计划，相较现行Wi-Fi 6优势在于支援6GHz，扩增至少1,200MHz频宽。高阶Wi-Fi 6E产品须符合OFDMA、TWT、MU-MIMO等八大特性，也须要符合WFA才能获得认证。另一方面，近期有不少厂商想将IEEE 802.11ax用于IoT，主要相中TWT能力，而且仅需2.4GHz频段与20MHz Channel Bandwidth，由此推估，IEEE 802.11ax技术未来有望用于IoT。

至于在蓝牙方面，推估2021-2025年低功耗蓝牙设备出货量将成长3倍，曾伯楷相当看好资产追踪与智慧照明领域的发展。另一个观察指标是，伴随全球对健康议题的关注提升，使穿戴设备需求增长，而且全球都在关注安全复工解决方案，因此，蓝牙技术联盟预计大幅增加对蓝牙RTLS的布署。

至于蓝牙智慧家庭的发展也相当好，如阿里巴巴、小米均以蓝牙为智慧家庭布局，关注智慧家电、智慧照明两大领域，主要着眼于可藉Mesh互联照明降低逾70%的能源成本。

长距通讯(LPWAN)发展方面，曾伯楷认为，LPWAN具有低成本、远距离、低功耗等通讯特性，即便流量小且延迟较长，在物联网诸多应用场景中仍是最适切的通讯技术之一，诸多物联网设备大宗多是以此技术为主流，综合考量政策力道、联盟与生态圈、部署区域、连结数与产业应用等要素，现行市场颇有公领域重NB-IoT、私领域以LoRa为首选、重叠领域则两者可并行的氛围。

至于在物联网垂直应用领域上，资产追踪与供应链管理解决方案是持续快速成长的市场，2021年NB-IoT新增支援国家与地区以欧陆为主，主要瞄准跨境商机和漫游应用，德国电信也扩大将NB-IoT漫游服务扩及到20个国家，各家业者着眼的应用范畴包括物流追踪、海运监控等，或者是由制造商根据需求直接为设备嵌入跨国网络切换与连接功能。

与此同时，LoRa联盟同样在2021年初积极强化技术与营运商的国际漫游可行性与参与度，包括发起Connect EU计划支持并鼓励LoRa联盟成员间的合作，更新技术规范以简化漫游对接等，目前全球已有27个国家可直接连结或透过Lacuna Space的卫星使用LoRa漫游功能，同时聚焦于支援跨国客户的移动，以及固定资产在物流和追踪方面的应用，实现资产全球追踪或内陆最后一哩路的配送。

结语

即将迈入5G，通讯技术需求朝更大频宽、更高速率、更低延迟发展，由于资料传输较为密集、交换量更大，当然更耗电，因此LPWAN小资料量、长距离传输及省电特性，近年来在物联网应用领域中确实进展快速，但是任何物联网无线元件技术都有优缺点及适合的应用场景，如智慧家庭闸道器多会容纳1-3种通讯技术（如Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee等）。

不论短距离或长距离无线通讯技术未来都可以独立、互补或共存，视终端需求挑选最适合的技术，唯有选择适合的软件服务，才能掌握物联网庞大的应用商机。

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