一、各国智慧城市开始发起城市物联网实验计划
城市伴随着经济与科技发展历经多次变革，现今所谈论的智慧城市内涵相较于早期信息城市（Information City）、数字城市（Digital City）及无所不在城市（Ubiquitous City）的概念
早已大不相同。今日的智慧城市强调广泛使用信息与通讯技术，感知各种人、事、物数据，并利用无缝的网络传输至云端进行数据分析等，以达到城市永续发展、改善人民生活质量与创造
经济发展。然而，城市的智慧化需要倚赖各种物联网技术来协助数据传输，但目前的困扰是多数物联网采用WiFi、Zigbee等短距离传输，但这些技术覆盖范围小且组网复杂度高，不仅需要
支付大量网关建设费用，还得负责多台设备维护成本。又或者选择利用传统2G／3G网络来做物联网M2M传输，但也不满足物联网设备低功耗、低成本的要求。
近年来各国智慧城市开始发起城市物联网实验计划，推出适合城市物联网应用的低功耗广域网技术（Low Power Wide Area Network；简称LPWAN），可提供低功耗、长距离、易布建、低成
本与高可靠的优化的解决方案，被视为城市物联网不可或缺的通讯技术。2014年英国的米尔顿凯恩斯发起全球第一次基于LPWAN大规模的物联网专属网络，吸引英国电信（BT）、华为、
Samsung等大厂加入实验计划。2015年4月瑞士的Swisscom于苏黎世、日内瓦也成功建设LPWAN来寻求最佳能源效率的物联网基础设施。身为亚洲科技重镇的台北也于2016年打造亚太第一个基
于LPWAN城市级物联网实验平台，提供新创或开发团队来申请利用，进行连接传感器、创新实验等，加速智慧城市应用的创新。根据GSMA的预测2018年采用LPWAN连网的终端数将达10亿台，
2022年则成长至超过50亿台且物联网营运商市场可超过130亿美元，包含：连接费用与附加价值服务（如：系统整合、安全与数据分析等）。
二、新兴低功耗广域网的技术特性与应用
目前新兴低功耗广域网大约可分为两大阵营，其一为采用ISM（Industrial Scientific Medical）的免授权频谱阵营，如：Sigfox（NTT Docomo、SK Telecom、GDF Suez、Air Liquide、
Elliott Management等投资）、LoRa联盟（IBM、Semtech、Actility、Cisco等组成）、Weightless（Accenture、ARM等组成）、Wi－Fi HaLow等新生态系统为代表，尤其是Sigfox、LoRa、
Weightless等不仅技术已逐步成熟而且不乏国际大厂支持。其二为多数电信运营商拥护的NB－IoT，最大优势是基础设施已经布署完成，大部分的LTE基站可直接支持升级，因此多半电信商
、电信设备商因技术平台迁移策略容易而乐于支持该技术，如：AT＆T、Vodafone、Deutsche Telekom、Etisalat、华为、中国移动、LG Uplus、Telefonica、Ericsson、Nokia、Qualcomm
等。
上述两大阵营瞄准的价值的目标在于打造一个具备长距离、大连结、易布建、超低功耗与低成本的无线网络，而且采用的频段多锁定在Sub－1GHz，例如：LoRa锁定支援频段为150 MHz、433
MHz、850－1GHz，Sigfox锁定支持频段为902 MHz（美国）、868 MHz（欧洲），Weightless锁定支持频段为White Space（700 MHz），IEEE 802．11ah锁定支援频段为900 MHz，Narrowband
IoT（简称NB－IoT）锁定3GPP所订定的LTE频段（1GHz以下为主），传输距离则可达5－40公里，主要依据实际场域、建筑物及地形高低起伏等情况而有所差距；根据IBM的建设LoRa经验，曼
哈顿下城区（Lower Manhattan）范围约为30平方公里，仅需要7个基地台就可覆盖全区，若是以整个台北市为例，仅需要12个基地台即可达100％覆盖，而且具备大连结的特性使得1个基地
台最多可支持上百万个节点，因此相较于传统的短距离传输方案可大幅降低布建成本。
此外，LPWAN亦具备低功耗特性，未来传感器采用此技术后电池寿命可达10年，可节约电源消耗与维护成本，避免需要时常更新设备电池问题，适合长时间使用与大规模布建的城市网络。而
且LPWAN网络数据吞吐量（Throughput）通常为几百bit／s或更少，芯片架构主要支持小数据的传输为主，主要诉求转而朝向更简化、更低数据吞吐量、更小内存，因此具备低成本优势，预
期Radio芯片成本未来有机会降至2美元以下。上述的特性可打造众多新兴智慧城市应用，列举如下：
（一） 精准式农业服务
德国Deutsche Telekom提出精准式农业物联网服务，将NB－IoT模块嵌入土壤温湿度设备，设备亦结合太阳能板进行照度探测，此物联网设备就可以有效侦测可将农场的土壤、空气的湿度温
度、土壤PH值、叶子湿度、农作物成熟状况、太阳面板侦测照明强度等数据，并回传至数据库进行分析，可达到农作物生长的历程全程监控。若是进一步搭配昆虫探测、天气预测、可视化
的地图显示、农冻灾害侦测等，亦可以预防虫害、掌握农作物疾病的爆发过程，或是了解季节如何影响农作物生长等应用。
（二） 城市停车管理
法国Actility提供的城市停车管理，主要透过安置大量传感器于停车场进行停车位的状态侦测，再透过LoRa技术传送至云端，如此可掌握城市内所有停车场的空位信息，协助民众享受便利
的车位查询服务，缩短不必要的时间浪费，同时政府单位亦可增加停车场管理效率，并增加停车位的利用率。Actility此项服务预计可减少民众35％车位寻找时间，并间接减少40％的二氧
化碳排放。
（三）智慧电网服务
ZTE于2016年推出智慧电表系列产品，搭载LoRa技术可以提供长距离、小数据传输应用，有效降低人员抄表所产生的成本，也可避免人工抄表的错误率。更重要的是可以确保实时性的尖离峰
用电的数据搜集，掌握城市各区域用电状况进行用电调度，并提供阶梯式计费。除了抄表服务之外，还可以透过远程设备监控，并故障排除服务确保电表正常运作。
三、电信运营商加快建设Cellular基础的 NB－IoT网络
3GPP自2009 Rel－8即开始探讨降低成本，扩大覆盖之MTC （Machine Type Communication）标准，目前发展至Rel－13 NB－IoT。2016年MWC展会中GSMA联合营运商、电信设备商、芯片商、
垂直行业企业等成立全球首届NB－IoT Forum。论坛中主旨在于促进营运商与电信设备商合作建立NB－IoT开放实验室，提供开发与测试环境来加速应用创新与市场化进程。目前NB－IoT标准
已经获得全球主流营运商的支持：包含：AT＆T、Vodafone、Deutsche Telekom、Etisalat、意大利电信、中国移动、中国联通等大厂已开始建实验网，预计2016年全球50家主流运营商将有
会一半支持NB－IoT，重点应用包含停车场感测、水表、农业温湿度传感器、宠物追踪等。其中，华为是目前最积极的业者之一，旗下的海思已经推出NB－IoT芯片与模块，模块大小相当于
一个铜板大，优势可以满足10万的终端联网上网、10公里的覆盖范围、确保5年以上的电池寿命，且NB－IoT保证数据成功回传率达99％的高可靠度。综上所述IEK认为NB－IoT随着垂直应用
市场、智慧城市应用等催化下将可带来设备规模经济、更具成本效益等好处，将可进一步扩大其物联网业务范畴的影响力。
四、结论
新兴低功耗广域网的创新有机会实现真正的智慧城市应用，同时也开启系统整合商、电信商一个创造新服务的成长契机。现阶段市场上解决方案较领先的是采用ISM免授权频谱阵营，例如：
LoRa、Sigfox等，由于已有解决方案问世，具备First Mover 优势，预计早期发展应用多属于特定垂直领域的行业应用为主。但ISM的阵营也并非没有缺点，由于众多技术共享相同频段，容
易产生干扰与拥塞也意味着服务质量受限，且技术规格尚未统一，使得相对NB－IoT来说，产生全球规模经济相对需要更久时间。
反观NB－IoT虽仍在标准制定阶段，一旦标准定案（预计2016年6月）后，分析电信业者将大举投入。按照过去无线通信技术发展经验，一旦标准定案后2－3年内可能会产生经济规模，对中
国供应链有较强带动效果。然平台掌握在大厂手里，中国产业需与国际大厂平台介接，始能在平台上作创意、应用及解决方案的验证。
综上所述，对中国产业来说选择开放阵营且避免被锁进单一厂商行列甚为重要，尤其LPWAN强调低成本模块，中国产业要由硬件创造利润不易，未来LPWAN对中国产业的价值将在于以平台孕
育垂直应用解决方案应用整合与验证，同时掌握物联网成功的关键—资料收集与分析。因此建议中国产业可运用开放式平台结合开放场域，推动终端、应用、解决方案业者及电信运营商的
协同验证，以催生利基应用整体解决方案，借此不断实践或修正创新应用，协助解决方案走向商业化，或可作为未来NB－IoT物联网应用推动之先期基础。
