授權頻段IoT業者蓄勢待發 　eMTC/NB-IoT喜迎高速成長期

網路應用的無遠弗屆造就物聯網(Internet of Things, IoT)概念的興起，在話題不斷討論幾年之後，IoT的概念逐漸落實，從過去幾年業界人士都在問，物聯網是甚麼？到最近兩年廠商陸續提出物聯網應用、願景、預測等，顯示物聯網輪廓逐漸清晰，直到去年下半年與今年，廠商開始推動各式技術標準，也逐漸有商業化服務問世，其中以低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network, LPWAN)最受矚目。 

LPWAN技術目前分為兩大陣營，以採用頻段分為授權頻段(Licensed Band)如eMTC、NB-IoT等，與非授權頻段(Unlicensed Band)如LoRa、Sigfox、RPMA、HaLow等。由3GPP主導，並獲得大部分電信商支持的eMTC、NB-IoT技術制定時間較晚，但經過2016年6月R13版與2017年6月R14版技術規範的補強後，基本上標準化的工作已經大致完成，全球各地電信商也從今年第一季開始，陸續宣布推動商業化服務，整體發展頗有後發先至的態勢。 

eMTC、NB-IoT是重要的物聯網技術之一，其特性包括低功耗、廣覆蓋、低成本與大量連結架構簡單，可大幅降低物聯網設備的成本，加上低功耗帶來長達數年的電池電力供應，並搭建在行動業者既有的網路覆蓋下，用行動通訊技術可保障資料傳輸的安全性，比現有4G網路提高更多的訊號增益，不但可以覆蓋廣大區域並深入到偏遠地區及地下室，同時可支援更多的設備並接取訊息；可為各種行業帶來新的商業模式及商機。 

eMTC與NB-IoT由於使用電信級網路，適合發展敏感性高、須保障服務品質的應用，也由於有3GPP主導標準制定，加上全球三百多家電信營運商協助推廣產業應用的有力加持，讓產業普遍看好在未來兩三年，該技術可以在智慧家庭、政府主導的公共事業服務、個人健康照護等領域，取得關鍵性的主導角色。與發展較早的LoRa、Sigfox分庭抗禮，甚至搶占大部分有利的產業地位。 

物聯網發展破碎且整合困難 

物聯網涵蓋的範圍太過廣泛，導致在目前的發展過程當中，幾乎沒有廠商可以提供完整的解決方案，目前物聯網發展在投入廠商力求「落地」的過程中，出現幾個問題，物聯網在各行各業、各種情境下都可以應用，每個應用都需要從最微小的終端(Node)一直延伸到雲端後台，如圖1，部分應用架構又複雜、流程又長，每個情境也有自己的應用需求，因此出現兩個重大的發展瓶頸：破碎化與橫向整合困難。 

圖1 物聯網通訊架構

資料來源：資策會MIC(6/2017)

破碎化意謂每個物聯網系統有自己的產業架構與需求。圖1是簡化的物聯網架構，實際上每個應用的網路架構與產業需求大都不同，比如智慧家庭與智慧城市的網路架構差異性就非常大。智慧家庭的網路大致是以家中的電器為主，透過網路連結後以閘道器跟雲端大數據或控制系統連結就成了；但智慧城市的節點則複雜且規模龐大，還需要透過多種不同的聯網技術連結後才形成一個智慧城市聯網系統，光從網路架構規模來看就有至少百倍甚至千倍的差異。 

另外，物聯網每個網路都要深入該應用的需求，專業性與獨特性造成網路難以橫向整合，例如遠距醫療與車聯網兩個應用各自有專業，汽車產業與醫療過去很少在專業上有交流的需要，但兩個應用都具備低延遲(Low Latency)需求，基本的網路傳輸架構是類似的，但這兩個網路卻難以橫向溝通，實際的網路架構也大不相同。 

平台化管理解決架構難題 

為了解決物聯網應用破碎化與橫向整合困難的問題，IDC企業應用研究經理蔡宜秀表示，「平台軟體」可能是物聯網管理的解方之一。例如奇異(GE)多年來在工業應用領域提供許多硬體，但2009年的金融海嘯讓該公司的營收大受影響，因此GE希望以客製化軟體服務加值全系列GE硬體設備，原來是在公司內部做產品的橫向整合，2012年成立GE Software Center，2013年該中心正式推出分析平台－Predix，2013∼2015年GE以Predix為基礎推動平台導向的業務模式，2015年更進一步開放Predix，使其變成開放原始碼(Open Source)的軟體平台。 

目前Predix已經成功從資料分析平台發展成為工業物聯網生態系，被暱稱為工業界的Android，蔡宜秀解釋，應用上包括授權Softbank發展工業應用，與Cisco、Intel開發支援Predix的網路設備，客戶可按照自身企業需求編寫應用App；另外，也積極透過開源策略擁抱開發者社群，向開發者開放Predix擴大應用開發生態，並藉由競賽方式鼓勵各領域專家群提出更優化的演算法等。 

無獨有偶，諾基亞(Nokia)也在2016年中發表IoT管理平台IMPACT(Intelligent Management Platform for All Connected Things)，可處理資料蒐集、活動執行、裝置管理、資料情境化、資料分析、端對端安全等，內含Motive聯網裝置平台(CDP)，可管理逾8萬種寬頻、家用或IoT裝置，Nokia更宣稱目前已連結全球15億個裝置。 

IMPACT鎖定聯網汽車、健康照護、緊急聯絡、智慧城市、智慧家庭及公用事業等垂直應用領域，提供電信商、大型企業與政府物聯網裝置的資料蒐集、分析與裝置管理服務，可處理資料蒐集、活動執行、裝置管理、資料情境化、資料分析、端對端安全、程式與協定的啟用等。類似的平台相信在未來幾年還會陸續被提出，其發展也值得持續觀察。 

3GPP LPWAN布局逐漸到位 

3GPP其實早在2008年就意識到物聯網的發展趨勢，並著手制定物聯網通訊標準，LTE-M(圖2)就在這個背景下開始發展，該標準進一步分成Cat-M1與Cat-M2，M1在R12技術規範中首度出現，並在R13中有更明確定義；Cat-M2也被稱為NB LTE-M或Cat-NB1，在R13中才有明確定義。Cat-M1的傳輸距離為11公里，使用的頻段為700∼900MHz，單一頻道的寬度為1.4MHz，傳輸速率不超過1Mbit/s；Cat-M2的傳輸距離則為15公里，同樣使用700∼900MHz頻段，但頻寬設定為200kHz，因此傳輸速度將不超過180kbit/s。 

圖2 3GPP LPWAN技術發展規畫與進程

資料來源：3GPP，資策會MIC整理(6/2017)

根據3GPP的規畫，Cat-M1未來將發展為eMTC標準，Cat-M2就變成NB-IoT，資策會MIC產業分析師曾巧靈(圖3)表示，兩個標準其實在R13技術規範中，都已經制定完成，只是在功能上還有不斷的強化與改善，其中eMTC在R14版本中將進化為feMTC，並新增定位(Positioning)、多點傳送(Multicast)、高傳輸速率、支援語音應用的VoLTE；R15版本將再進化成efeMTC，支援高速移動應用(Higher UE Velocity)。 

圖3 資策會MIC產業分析師曾巧靈表示，根據3GPP 的規畫， eMTC與NB-IoT兩個標準在R13技術規範中，都已經制定完成，只是在功能上還不斷地強化與改善。

NB-IoT在R13版本迅速推出標準之際，2017年的R14規範中進化成eNB-IoT，除了定位與多點傳送功能之外，還強化了移動性(Mobility)與服務不中斷(Service Continuity Enhancements)；R15版本則進一步進化為feNB-IoT，支援小型基地台(Small Cell)與分時多工(TDD)版本。未來發展到R16/17技術規範，兩者則會正式成為5G mMTC的標準成員。

所以在功能上3GPP的物聯網應用技術已經逐步發展完善，從技術版本來觀察如圖4，Nokia台灣暨香港澳門、大中國區客戶營運部技術總監陳銘邦(圖5)說明，在R13版本只有eMTC與NB-IoT各一個版本，到了R14則依使用頻寬、傳輸速率等細分了五個版本，主要是方便不同領域的應用需求選擇適合的標準版本。 

另外，在節點連結數量上，資策會智慧網通系統研究所主任馬進國(圖6)說，R13/R14版本的MTC標準大概只能支援每平方公里5~6萬個節點，3GPP在R16/R17版本5G mMTC的標準中，希望將節點連結數量一舉提升到每平方公里100萬個的水準。NB-IoT與eMTC跟其他非授權頻段的LPWAN技術相較，抗干擾能力本來就最好，補足功能落後的部分與強化不同應用的版本後，將對LoRa與Sigfox造成強大的壓力。 

圖4 NB-IoT與eMTC R13/R14技術概觀

資料來源：3GPP，Nokia(6/2017)

NB-IoT商轉箭在弦上 

就在3GPP去年10月看似匆促發表NB-IoT標準之際，2016年第四季大部分電信業者都處於觀望的態度，只有Vodafone高調宣布在2017年3月推動服務商轉，不過這樣模糊不安的情況並未持續太久，2017年第一季開始，全球越來越多營運商宣布要導入NB-IoT的商業化服務；無獨有偶的，台灣的五大電信商中華電信、台灣大、遠傳、亞太電信及台灣之星等業者，也陸續宣布要建置NB-IoT網路。 

目前業者商轉的NB-IoT服務內容為R13的版本功能，國內多家電信業者都宣布採用諾基亞的網路服務，陳銘邦解釋，儘管R14的NB-IoT規格已經底定，業者也只需透過軟體升級就可以推動服務，但一般來說，還要做過一些驗證與互通性的測試，支援R14功能的服務最快在一~一年半以後可以問世，也就是2018年第三季以後。 

圖5 台灣諾基亞(Nokia)技術總監陳銘邦說明，eMTC 與NB-IoT於R14規範中依使用頻寬、傳輸速率細分了五個版本，方便不同領域的應用需求選擇適合的標準版本。

在國內營運商對於推動NB-IoT應用態度轉為積極之後，台灣之星就宣稱要搶第一，預計第三季提供商用服務，成為台灣首家NB-IoT物聯網服務營運商，目前也積極展開NB-IoT網路建設及實驗網計畫，針對智慧城市、醫療保健、智慧電網、智慧家居等領域進行應用測試。遠傳與亞太則是雙邊押寶，除布局NB-IoT也發展LoRa，遠傳規畫將NB-IoT應用於太陽能能源管理服務、智慧機電管理系統、智慧大樓、智慧停車場等。 

國內龍頭中華電信也已攜手諾基亞，進行NB-IoT行動物聯網系統效能與應用驗證測試，適合運用在智慧讀表、智慧路燈、智慧停車等行動物聯網應用。另外，台灣大最快將於2017年底前在全島完成布建NB-IoT網路，支援耗電量低、傳輸速率低的應用，未來可提供包括空氣汙染氣體和空氣品質的監測、水質感測、智慧水表、停車場車位狀態偵測、寵物追蹤，以及病患離開醫院後的身體狀況追蹤等。 

圖6 資策會智慧網通系統研究所主任馬進國(左二) 說，3GPP在R16/R17版本5G mMTC的標準中，希望將節點連結數量一舉提升到每平方公里100萬個的水準。

市場接受度與產業鏈為勝敗關鍵 

2017年除了少部分商轉的案例之外，目前在國內外eMTC與NB-IoT的應用中，更多是系統測試案例，早在2015年西班牙世界通訊大會(MWC)就與華為、Neul、Vodafone合作推出世界上第一個NB-IoT智慧量表應用的通訊廠商u-blox，該公司商業開發經理黃俊豪表示，在這些非常多樣的系統應用測試中，除了強化系統穩定性與互通性，營運商也希望可以在過程中了解市場的接受度。 

截至2017年底，預計全球將有接近30個3GPP LPWAN商用網路，並將持續發展低功耗與低複雜度、提升覆蓋率的技術改善方案，同時支援多頻多模，eMTC與NB-IoT大部分都在公共網路的應用，預計隨著時間發展，與LoRa、Sigfox將找到各自的市場應用重點與產業定位。 

NB-IoT目前在歐洲、韓國、中國大陸發展較為順利，北美則是獨鍾eMTC。除了提升應用的市場接受度之外，未來兩年NB-IoT需要持續強化產業鏈的完整性與支援，包括晶片模組價格的降低，目前一個NB-IoT模組價格還在5~6美元以上，如果市場需求可以快速提升，迅速將模組價格降到2美元以下，與市場的接受度將達成相輔相成的效果。另外，包括晶片商、模組商、閘道器廠商、系統應用商、軟體開發商等的產業鏈，若能吸引更多廠商投入，則有助於營造健康的產業環境，壯大eMTC/NB-IoT的產業生態(Ecosystem)。