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5G網路作為第五代移動通信網路，其峰值理論傳輸速度可達每秒數十Gb，這比4G網路的傳輸速度快數百倍，整部超高畫質電影可在1秒之內下載完成。
今天筆者將為大家普及一下關於5G中的低功耗廣域物聯網的一些基本知識和概念！
當下，物聯網通訊最熱門的話題就是5G！
5G三大願景中正式定義為:mMTC (Massive Machine Type Communication).未來物聯網的聯網規模將大幅超越過去的人聯網，每平方公里網路節點甚至高達100萬個。低功耗廣域網(Low Power Wide Area Network, LPWAN)技術簡單、應用廣泛，將是MTC早期的切入點，包括NB-IoT、LoRa、SigFox等都是相關的明星級技術，而未來3GPP的MTC標準陸續訂定之後，可以支持更多不同類型的物聯網應用。
低功耗廣域物聯網的諸多標準，如NB-IoT、LoRa、SigFox等，正在用各自擅長的技術和應用搶奪IoT風口，以爭取在這片廣闊的市場上占得先機。物聯網通過通信技術將人與物、物與物進行連接，在智能家居、工業數據采集等區域網通信場景一般採用短距離通信技術，對於廣範圍、遠距離的連接則需要遠距離通信技術。在生活中的應用場景（如遠程抄表、環境監測、智能停車、位置追蹤等）時，我們需要一種覆蓋廣、成本低、部署簡單、支持大連接的物聯網，因此低功耗廣域物聯網（Low-Power Wide-Area Network，簡稱LPWAN）應運而生。並且，以這些應用場景為主導的物聯網數量將占到物聯網總連接數的60%。
LPWAN可分為兩類：一類是工作於未授權頻譜的LoRa、SigFox等技術；另一類是工作於授權頻譜下，3GPP支持的2/3/4G蜂窩通信技術，比如EC-GSM、eMTC、NB-IoT等。 LPWAN 專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯網應用而設計，與傳統的物聯網技術相比，LPWAN有著明顯的優點：與藍牙、Wi-Fi、Zigbee、802.15.4等無線連接技術相比LPWAN技術距離更遠；與蜂窩技術（如GPRS、3G、4G等）相比連接功耗更低。
NB-IoT產業2017年開始起步，2018年進入加速階段，2019年將要正式起飛。從技術標準發展來看，2016年3GPP R13版本發表NB-IoT技術，2017年大廠高通(Qualcomm)與海思(HiSilicon)相繼推出支持初版標準的晶片，年底聯發科進一步推出R14版本晶片，更有許多晶片廠商陸續宣布投入NB-IoT，市場蓬勃發展，同時也刺激了通訊模塊廠商的腳步。
自2016年6月16日，NB-IoT 技術協議獲得3GPP無線接入網（RAN）技術規範組會議通過以來，大陸隨後就出台一系列政策支持 NB-IoT 發展。
2017年5月，工信部發布《電信網編號計劃（2017年版）》，新編號中增加了物聯網網號，將「140XX~144XX」明確為物聯網網號。
2017年6月16日，工信部下發《關於全面推進移動物聯網（NB-IoT）建設發展的通知》，《通知》對2017年到2020年的NB-IoT標準、NB-IoT設備、NB-IoT晶片、NB-IoT模組、NB-IoT測試、NB-IoT應用、NB-IoT網路的發展，部署了「定量」的任務。
2017年6月20日，工信部發布2017年第27號公告，從三方面明確了 NB-IoT 系統頻率的使用要求。
2017年8月7日，工信部批准同意了部分單位提出的電信網碼號資源有關申請，對2017年第10批《中華人民共和國電信網碼號資源使用證書》頒發結果進行公示，其中就包括了物聯網號段分配。
有了政府和市場對NB-IoT的全力支持，NB-IoT可謂如日中天。事實上，NB-IoT今年已證明將在公共事業、服務與智慧城市建設等領域，取得主導性的發展地位。NB-IoT由電信營運商建置網路並提供服務，網路建置與原先的無線通信基地台一致，在人口稠密的都會區，4G LTE訊號完善，只需透過最簡易的軟件升級，不需重新布建網路；採用授權頻段，公共服務質量有保障，只要談好服務費率，商業模式建立也相對簡易。2018下半年到2019年，將有更多類型、更大規模的NB-IoT應用導入。
LoRa：LPWAN無人能敵的最強者
LoRa是美國半導體製造商Semtech借助其並購的法國公司Cycleo所開發的無線通信技術LoRa，在這個基礎上與IBM合作完成規範，並由Semtech、IBM、Cisco為核心所組成的LoRa聯盟推動相關發展。
2016~2017年備受期待，有可能成為物聯網時代的Wi-Fi，因為其採用非授權頻段，技術簡易、應用方便，開放的生態圈也提供與電信領域較遠的資通訊廠商插旗物聯網通訊的機會，很快的就吸引數百家廠商加入產業聯盟，台灣地區也有許多廠商大力投入。省掉授權頻段權利金，背後又有思科(Cisco)、IBM、阿里巴巴、騰訊這些大廠力挺，甚至許多電信商也押寶，技術、產品都在2017年以前就Ready，產業推動時程較NB-IoT更有優勢。
不過，從2017~2018年，LoRa發展受到NB-IoT強大的競爭壓力，業界傳出不少撤換網路解決方案的傳聞，主要原因分為內部與外部兩個面向，外部原因就是NB-IoT的大規模推動，原先推動較順利的LoRaWAN與其應用領域重迭性高，尤其像前述公共事業的物聯網應用，沒有大型的服務商如電信業者來扮演與政府合作的角色。內部原因則是LoRa技術1.0版未達最大的省電效果，訊息傳送採用類似廣播的方式，會出現終端與服務器不同步的問題，導致重要訊息遺漏，掉封包的狀況經常出現；另外，LoRa雖然晶片幾乎都掌握在Semtech手上，但因為驗證與互通測試服務還不成熟，也會造成不同廠商終端設備互通互連的瓶頸。
2018年底，無管局發布了「征求意見稿」。意見稿里有一條細則，規定「470-510MHz的非授權頻段，限單頻點使用，不能用於組網應用」。LoRa本就用於物聯網，如此一刀切非授權頻譜的物聯網應用，意味著頻段內LoRa等物聯網通信技術均請出國門，頻段內的千億產業鏈及生態均被扼殺。最終在LoRa支持者們的努力下，這件事情最終沒有定論。但無管局並未明確透露何時推出新的政策，對身在其中的人們來說，這是沒有落地的「靴子」。
LoRa主導廠商當然也知道現在的困境，盡管整體市場還在成長中，不過在產業中受矚目的程度降低卻是不爭的事實。目前LoRa聯盟已有500多個成員，在100多個國家提供服務，58家聯盟成員經營商在41個國家經營，67家公共網路經營商，從美國、中國到俄羅斯、東南亞、南美，做到在全球範圍內的廣泛覆蓋。因為其低功耗、深度覆蓋、容易部署等優勢使得其非常適用於要求功耗低、距離遠、大量連接以及定位跟蹤等的物聯網應用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農業、智慧工業、智慧城市、智慧社區等等應用和領域。
SigFox：國外最火的LPWAN技術
Sigfox是一家法國公司，成立於2009年，創建了連接低功耗設備的無線網路，主要用於低功耗物聯網，如：電表等，這類應用需要連續地發送少量的數據。Sigfox希望建立第一個僅供用於物聯網的全球蜂窩連接的公司，其基礎設施完全獨立於現有的網路（如電信移動網路）。
SigFox是自行建構一個產業生態體系(Ecosystem)，由SigFox負責全球共同的網路營運與雲端平台管理，再透過各地特許的網路營運商SNO(SigFox Network Operator)提供服務，原則上單一地區由單一業者負責，其經營理念為「One Globe, One Network. One Globe, One Contract.」，截至目前為止訊號涵蓋已達46個國家和地區，預計在2018年底達到60個國家和地區的網路部署。
SigFox尤其適合跨國性的物聯網應用，如資產追蹤。SigFox在台灣的營運商優納比(UnaBiz)在Computex 2018也邀請多家發展SigFox解決方案的廠商展出相關服務。
Sigfox正在推出首個全球性的物聯網網路，可以監聽數十億的對象廣播數據，而無需建立和維護網路連接。在無線連接的世界中，這種獨特的方法是沒有信令開銷的，緊湊和優化的協議，而物不依賴於網路。Sigfox提供了一種基於軟件的通信解決方案，所有的工作和計算的複雜性都是在雲端進行的，而不是在設備上。所有這一切，大大降低了能源消耗和連接設備的成本。
由於物聯網連接使用低數據速率，Sigfox網路利用了超窄帶，UNB技術。傳輸功耗水平非常低，而仍然能維持一個穩定的數據連接。Sigfox無線鏈路使用免授權的ISM射頻頻段。頻率根據國家法規有所不同，但在歐洲廣泛使用868MHz，在美國是915MHz。Sigfox網路中單元的密度(基於平均距離)，在農村地區大約30-50km，在城市中常有更多的障礙物和噪聲距離可能減少到3-10km之間。整個Sigfox網路拓撲是一個可擴展的、高容量的網路，具有非常低的能源消耗，同時保持簡單和易於部署的基於星型單元的基礎設施。Sigfox 在 29 個國家建有應用網路，主要為歐洲國家，如：西班牙、法國、俄羅斯、英國、荷蘭、德國等，覆蓋 170 萬平方公里。以行業部分來看，Sigfox應用主要集中在工業、共用事業、農業、公共部門等領域。按用例來看，Sigfox應用主要集中在智能計量、智能跟蹤、溫度檢測上。
Sigfox在中國的第一個項目
2018年1月，「中法合作 成都國際智慧養老服務示範社區」Sigfox項目簽署。項目總投資約3億歐元，由Sigfox物聯網公司和KRG智慧養老公司提供物聯網技術標準和智慧養老技術解決方案，中國聯通提供技術經營支持。KRG智慧養老公司針對獨居的老人及行動不便者開發了智能居家新一代遠程養老監護系統，提供基於Sigfox物聯網技術的新一代遠程協助解決方案，能夠觀測到可能將上述人員置於危險境地的跌到、不適和等反常行為。我在10月專程參加了德國舉辦的Sigfox全球大會，可能感覺會更加直觀。因為這項技術更加細分，更加針對性，未來也會取得一席之地。關鍵是商業模式，筆者將更加看好。
整體而言，NB-IoT已經獲得全面性的支持，其實與去年業界的看法一致，大部分物聯網通訊廠商投入的方向也以NB-IoT為主，部分兩邊押寶的廠商大都將策略重心放在NB-IoT，還有更多先前觀望的廠商，已經確定要投入NB-IoT的發展，未來相關應用的市場榮景可期。另外，LoRa與SigFox雖然受到NB-IoT強大的擠壓，但因為物聯網應用還屬於成長中的市場，這兩個技術的市場也在不斷成長。
NB-IoT帶動的不僅僅是自身產業生態陣營的快速發展，也讓LoRa、Sigfox等其他低功耗廣域網路技術獲得了絕佳的市場教育機會，尤其是LoRa以及以此為基礎制定的廣域網路規範LoRaWAN，在過去一年多的時間里，國內外從業者對LoRa並不陌生，而且有大量基於LoRa的物聯網應用案例已經落地。思科(Cisco)、IBM、阿里巴巴等巨頭力挺LoRa，騰訊也宣布加入LoRa聯盟。
總的來說，LoRa與SigFox已逐漸找到與NB-IoT區隔的發展道路，未來兩年的發展重點應該是創造良好的消費者使用體驗，包括硬件終端晶片/模塊的降價、軟件服務的完善與便利性等，三分天下可能還不敢說，但是NB，LoRa與SigFox可能就是三國演義中三足鼎立之勢。
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作者：中關村物聯網產業聯盟秘書長 王正偉（物哥）