一、各國(guó)智慧城市開始發(fā)起城市物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃

城市伴隨著經(jīng)濟(jì)與科技發(fā)展歷經(jīng)多次變革，現(xiàn)今所談?wù)摰闹腔鄢鞘袃?nèi)涵相較于早期信息城市（Information City）、數(shù)字城市（Digital City）及無所不在城市（Ubiquitous City）的概念早已大不相同。今日的智慧城市強(qiáng)調(diào)廣泛使用信息與通訊技術(shù)，感知各種人、事、物數(shù)據(jù)，并利用無縫的網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端進(jìn)行數(shù)據(jù)分析等，以達(dá)到城市永續(xù)發(fā)展、改善人民生活質(zhì)量與創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而，城市的智慧化需要倚賴各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來協(xié)助數(shù)據(jù)傳輸，但目前的困擾是多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)采用WiFi、Zigbee等短距離傳輸，但這些技術(shù)覆蓋范圍小且組網(wǎng)復(fù)雜度高，不僅需要支付大量網(wǎng)關(guān)建設(shè)費(fèi)用，還得負(fù)責(zé)多臺(tái)設(shè)備維護(hù)成本。又或者選擇利用傳統(tǒng)2G／3G網(wǎng)絡(luò)來做物聯(lián)網(wǎng)M2M傳輸，但也不滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備低功耗、低成本的要求。

近年來各國(guó)智慧城市開始發(fā)起城市物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，推出適合城市物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)（Low Power Wide Area Network；簡(jiǎn)稱LPWAN），可提供低功耗、長(zhǎng)距離、易布建、低成本與高可靠的優(yōu)化的解決方案，被視為城市物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的通訊技術(shù)。2014年英國(guó)的米爾頓凱恩斯發(fā)起全球第一次基于LPWAN大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)專屬網(wǎng)絡(luò)，吸引英國(guó)電信（BT）、華為、Samsung等大廠加入實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。2015年4月瑞士的Swisscom于蘇黎世、日內(nèi)瓦也成功建設(shè)LPWAN來尋求最佳能源效率的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。身為亞洲科技重鎮(zhèn)的臺(tái)北也于2016年打造亞太第一個(gè)基于LPWAN城市級(jí)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提供新創(chuàng)或開發(fā)團(tuán)隊(duì)來申請(qǐng)利用，進(jìn)行連接傳感器、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等，加速智慧城市應(yīng)用的創(chuàng)新。根據(jù)GSMA的預(yù)測(cè)2018年采用LPWAN連網(wǎng)的終端數(shù)將達(dá)10億臺(tái)，2022年則成長(zhǎng)至超過50億臺(tái)且物聯(lián)網(wǎng)營(yíng)運(yùn)商市場(chǎng)可超過130億美元，包含：連接費(fèi)用與附加價(jià)值服務(wù)（如：系統(tǒng)整合、安全與數(shù)據(jù)分析等）。

二、新興低功耗廣域網(wǎng)的技術(shù)特性與應(yīng)用

目前新興低功耗廣域網(wǎng)大約可分為兩大陣營(yíng)，其一為采用ISM（Industrial Scientific Medical）的免授權(quán)頻譜陣營(yíng)，如：Sigfox（NTT Docomo、SK Telecom、GDF Suez、Air Liquide、Elliott Management等投資）、LoRa聯(lián)盟（IBM、Semtech、Actility、Cisco等組成）、Weightless（Accenture、ARM等組成）、Wi－Fi HaLow等新生態(tài)系統(tǒng)為代表，尤其是Sigfox、LoRa、Weightless等不僅技術(shù)已逐步成熟而且不乏國(guó)際大廠支持。其二為多數(shù)電信運(yùn)營(yíng)商擁護(hù)的NB－IoT，最大優(yōu)勢(shì)是基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)布署完成，大部分的LTE基站可直接支持升級(jí)，因此多半電信商、電信設(shè)備商因技術(shù)平臺(tái)遷移策略容易而樂于支持該技術(shù)，如：AT＆T、Vodafone、Deutsche Telekom、Etisalat、華為、中國(guó)移動(dòng)、LG Uplus、Telefonica、Ericsson、Nokia、Qualcomm等。

上述兩大陣營(yíng)瞄準(zhǔn)的價(jià)值的目標(biāo)在于打造一個(gè)具備長(zhǎng)距離、大連結(jié)、易布建、超低功耗與低成本的無線網(wǎng)絡(luò)，而且采用的頻段多鎖定在Sub－1GHz，例如：LoRa鎖定支援頻段為150 MHz、433 MHz、850－1GHz，Sigfox鎖定支持頻段為902 MHz（美國(guó)）、868 MHz（歐洲），Weightless鎖定支持頻段為White Space（700 MHz），IEEE 802．11ah鎖定支援頻段為900 MHz，Narrowband IoT（簡(jiǎn)稱NB－IoT）鎖定3GPP所訂定的LTE頻段（1GHz以下為主），傳輸距離則可達(dá)5－40公里，主要依據(jù)實(shí)際場(chǎng)域、建筑物及地形高低起伏等情況而有所差距；根據(jù)IBM的建設(shè)LoRa經(jīng)驗(yàn)，曼哈頓下城區(qū)（Lower Manhattan）范圍約為30平方公里，僅需要7個(gè)基地臺(tái)就可覆蓋全區(qū)，若是以整個(gè)臺(tái)北市為例，僅需要12個(gè)基地臺(tái)即可達(dá)100％覆蓋，而且具備大連結(jié)的特性使得1個(gè)基地臺(tái)最多可支持上百萬個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此相較于傳統(tǒng)的短距離傳輸方案可大幅降低布建成本。

此外，LPWAN亦具備低功耗特性，未來傳感器采用此技術(shù)后電池壽命可達(dá)10年，可節(jié)約電源消耗與維護(hù)成本，避免需要時(shí)常更新設(shè)備電池問題，適合長(zhǎng)時(shí)間使用與大規(guī)模布建的城市網(wǎng)絡(luò)。而且LPWAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐量（Throughput）通常為幾百bit／s或更少，芯片架構(gòu)主要支持小數(shù)據(jù)的傳輸為主，主要訴求轉(zhuǎn)而朝向更簡(jiǎn)化、更低數(shù)據(jù)吞吐量、更小內(nèi)存，因此具備低成本優(yōu)勢(shì)，預(yù)期Radio芯片成本未來有機(jī)會(huì)降至2美元以下。上述的特性可打造眾多新興智慧城市應(yīng)用，列舉如下：

（一） 精準(zhǔn)式農(nóng)業(yè)服務(wù)

德國(guó)Deutsche Telekom提出精準(zhǔn)式農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，將NB－IoT模塊嵌入土壤溫濕度設(shè)備，設(shè)備亦結(jié)合太陽能板進(jìn)行照度探測(cè)，此物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備就可以有效偵測(cè)可將農(nóng)場(chǎng)的土壤、空氣的濕度溫度、土壤PH值、葉子濕度、農(nóng)作物成熟狀況、太陽面板偵測(cè)照明強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，并回傳至數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析，可達(dá)到農(nóng)作物生長(zhǎng)的歷程全程監(jiān)控。若是進(jìn)一步搭配昆蟲探測(cè)、天氣預(yù)測(cè)、可視化的地圖顯示、農(nóng)凍災(zāi)害偵測(cè)等，亦可以預(yù)防蟲害、掌握農(nóng)作物疾病的爆發(fā)過程，或是了解季節(jié)如何影響農(nóng)作物生長(zhǎng)等應(yīng)用。

（二） 城市停車管理

法國(guó)Actility提供的城市停車管理，主要透過安置大量傳感器于停車場(chǎng)進(jìn)行停車位的狀態(tài)偵測(cè)，再透過LoRa技術(shù)傳送至云端，如此可掌握城市內(nèi)所有停車場(chǎng)的空位信息，協(xié)助民眾享受便利的車位查詢服務(wù)，縮短不必要的時(shí)間浪費(fèi)，同時(shí)政府單位亦可增加停車場(chǎng)管理效率，并增加停車位的利用率。Actility此項(xiàng)服務(wù)預(yù)計(jì)可減少民眾35％車位尋找時(shí)間，并間接減少40％的二氧化碳排放。

（三）智慧電網(wǎng)服務(wù)

ZTE于2016年推出智慧電表系列產(chǎn)品，搭載LoRa技術(shù)可以提供長(zhǎng)距離、小數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，有效降低人員抄表所產(chǎn)生的成本，也可避免人工抄表的錯(cuò)誤率。更重要的是可以確保實(shí)時(shí)性的尖離峰用電的數(shù)據(jù)搜集，掌握城市各區(qū)域用電狀況進(jìn)行用電調(diào)度，并提供階梯式計(jì)費(fèi)。除了抄表服務(wù)之外，還可以透過遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控，并故障排除服務(wù)確保電表正常運(yùn)作。

三、電信運(yùn)營(yíng)商加快建設(shè)Cellular基礎(chǔ)的 NB－IoT網(wǎng)絡(luò)

3GPP自2009 Rel－8即開始探討降低成本，擴(kuò)大覆蓋之MTC （Machine Type Communication）標(biāo)準(zhǔn)，目前發(fā)展至Rel－13 NB－IoT。2016年MWC展會(huì)中GSMA聯(lián)合營(yíng)運(yùn)商、電信設(shè)備商、芯片商、垂直行業(yè)企業(yè)等成立全球首屆NB－IoT Forum。論壇中主旨在于促進(jìn)營(yíng)運(yùn)商與電信設(shè)備商合作建立NB－IoT開放實(shí)驗(yàn)室，提供開發(fā)與測(cè)試環(huán)境來加速應(yīng)用創(chuàng)新與市場(chǎng)化進(jìn)程。目前NB－IoT標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)獲得全球主流營(yíng)運(yùn)商的支持：包含：AT＆T、Vodafone、Deutsche Telekom、Etisalat、意大利電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通等大廠已開始建實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，預(yù)計(jì)2016年全球50家主流運(yùn)營(yíng)商將有會(huì)一半支持NB－IoT，重點(diǎn)應(yīng)用包含停車場(chǎng)感測(cè)、水表、農(nóng)業(yè)溫濕度傳感器、寵物追蹤等。其中，華為是目前最積極的業(yè)者之一，旗下的海思已經(jīng)推出NB－IoT芯片與模塊，模塊大小相當(dāng)于一個(gè)銅板大，優(yōu)勢(shì)可以滿足10萬的終端聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)、10公里的覆蓋范圍、確保5年以上的電池壽命，且NB－IoT保證數(shù)據(jù)成功回傳率達(dá)99％的高可靠度。綜上所述IEK認(rèn)為NB－IoT隨著垂直應(yīng)用市場(chǎng)、智慧城市應(yīng)用等催化下將可帶來設(shè)備規(guī)模經(jīng)濟(jì)、更具成本效益等好處，將可進(jìn)一步擴(kuò)大其物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)范疇的影響力。

四、結(jié)論

新興低功耗廣域網(wǎng)的創(chuàng)新有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)真正的智慧城市應(yīng)用，同時(shí)也開啟系統(tǒng)整合商、電信商一個(gè)創(chuàng)造新服務(wù)的成長(zhǎng)契機(jī)。現(xiàn)階段市場(chǎng)上解決方案較領(lǐng)先的是采用ISM免授權(quán)頻譜陣營(yíng)，例如：LoRa、Sigfox等，由于已有解決方案問世，具備First Mover 優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)早期發(fā)展應(yīng)用多屬于特定垂直領(lǐng)域的行業(yè)應(yīng)用為主。但I(xiàn)SM的陣營(yíng)也并非沒有缺點(diǎn)，由于眾多技術(shù)共享相同頻段，容易產(chǎn)生干擾與擁塞也意味著服務(wù)質(zhì)量受限，且技術(shù)規(guī)格尚未統(tǒng)一，使得相對(duì)NB－IoT來說，產(chǎn)生全球規(guī)模經(jīng)濟(jì)相對(duì)需要更久時(shí)間。

反觀NB－IoT雖仍在標(biāo)準(zhǔn)制定階段，一旦標(biāo)準(zhǔn)定案（預(yù)計(jì)2016年6月）后，分析電信業(yè)者將大舉投入。按照過去無線通信技術(shù)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，一旦標(biāo)準(zhǔn)定案后2－3年內(nèi)可能會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)規(guī)模，對(duì)中國(guó)供應(yīng)鏈有較強(qiáng)帶動(dòng)效果。然平臺(tái)掌握在大廠手里，中國(guó)產(chǎn)業(yè)需與國(guó)際大廠平臺(tái)介接，始能在平臺(tái)上作創(chuàng)意、應(yīng)用及解決方案的驗(yàn)證。

綜上所述，對(duì)中國(guó)產(chǎn)業(yè)來說選擇開放陣營(yíng)且避免被鎖進(jìn)單一廠商行列甚為重要，尤其LPWAN強(qiáng)調(diào)低成本模塊，中國(guó)產(chǎn)業(yè)要由硬件創(chuàng)造利潤(rùn)不易，未來LPWAN對(duì)中國(guó)產(chǎn)業(yè)的價(jià)值將在于以平臺(tái)孕育垂直應(yīng)用解決方案應(yīng)用整合與驗(yàn)證，同時(shí)掌握物聯(lián)網(wǎng)成功的關(guān)鍵—資料收集與分析。因此建議中國(guó)產(chǎn)業(yè)可運(yùn)用開放式平臺(tái)結(jié)合開放場(chǎng)域，推動(dòng)終端、應(yīng)用、解決方案業(yè)者及電信運(yùn)營(yíng)商的協(xié)同驗(yàn)證，以催生利基應(yīng)用整體解決方案，借此不斷實(shí)踐或修正創(chuàng)新應(yīng)用，協(xié)助解決方案走向商業(yè)化，或可作為未來NB－IoT物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推動(dòng)之先期基礎(chǔ)。