【遠距 IoT】Sigfox、LoRa、NB-IoT無線網路通訊
眾所周知，在短程的 IoT 無線物聯網所用的通訊協定是 ZigBee、Bluetooth、
WiFi 三種。
遠距物聯網的通訊協定，一般有Sigfox、LoRa、NB-IoT三種。
現在就探討如下 :
█物聯網遠距傳輸 LPWAN（Low Power Wide Area Network）
物聯網的架構可以分成三個不同的層次。第一層為感測層，也就是物聯網裡的
「物（Things）」，由可以感測訊號的裝置組成，用以監控所在位置的物理或環
境狀況，例如影像、溫度、濕度、動作、壓力感測等。
第二層為網路層，包含無線或有線的網際網路，用以提供可靠的網路傳輸功能。
每一個裝置都具有IP位置，可以將裝置蒐集來的資訊，整合到物聯網的資料管理
中心。
第三層為應用層，物聯網經濟將近80％的商機來自於此。當我們將第一層的
「物」透過第二層的「網路」連結起來後，就可以來思考不同領域的應用了。例
如：智慧家庭、智慧城市、智慧零售、智慧電網、智慧醫療、穿戴式裝置等。
在第二層的網路層中，低功耗廣域網路（Low Power Wide Area Network；縮
寫LPWAN）之新興無線通訊技術逐漸受到關注，能大幅擴展物聯網的應用情
境，而「SIGFOX」、「LoRa」、「NB-IoT」均為LPWAN技術之一種，也正是
LPWAN技術中市場滲透率最高的技術。
LPWA可分為兩類：一類是工作於未授權頻譜（Unlicense Band）的LoRa、
SigFox等技術；
另一類是工作於授權頻譜（License Band）下，3GPP（3rd Generation
Partnership Project）支持的2/3/4G蜂窩通信技術，比如EC-GSM、LTE Cat-
m、NB-IoT等。
█ Sigfox
SIGFOX是由2009年創立的法國公司SIGFOX所開發，並自2012年開始推展IoT
無線服務業務。
SIGFOX最大的特色在於建立一個全球共同的IoT網路雲，再轉交各地特許的網路
營運商SNO（SIGFOX Network Operator）提供服務（例如，台灣特許營運商
為UnaBiz）。
SIGFOX網絡性能特徵如下：
● 每天每設備140條消息
● 每條消息12個字節（96位）
● 無線吞吐量達100位/秒
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網絡中單元的密度(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。
Sigfox技術雖然不像LoRa有許多ICT大廠投入、也不如NB-IoT獲得市場廣泛注
意，但由於Sigfox上游技術IP免費授權的策略，已有71個設備製造夥伴、49個
IoT平台供應商、8家晶片供應商、15個模組廠商、30家軟體與設計服務業者，以
及4個育成/創投業者。其中晶片供應商包括德州儀器(TI)、意法半導體(ST)、芯科
(Silicon Labs)、安森美(On-Semi)、恩智浦(NXP)、Ethertronics、Microchip
與雲創通訊(M2Comm)。
█ LoRa
LoRa是美國半導體製造商Semtech藉由其併購的法國公司Cycleo所開發的無線
通訊技術LoRa， LoRa採用如Wi-Fi般，任何人都能自行設置基地台（Wi-Fi
access point）來建置網路環境的模式。
目前，LoRa 主要在全球免費頻段運行，包括433、868、915 MHz等。
LoRa的最大特點就是：
- 傳輸距離遠
- 工作功耗低
- 組網節點多
LoRa網絡架構屬於典型的星形拓撲結構，以終端、基站、伺服器組成，基站作為
中間件連接終端及後台伺服器。基於擴頻技術具有超強的抗干擾能力，穿透性
強，300bps至50Kbps的低數據傳輸速率（自適應數據速率），小於10毫瓦的發
射功率，通信距離達到了空曠地帶15公里，建築密集區2到3公里的廣域覆蓋。
在智慧城市的建設中，建設智慧交通構建車聯網，對路燈實施控制實現智能照
明，對井蓋廣告牌的管理，城市及各行業水電消耗的監控建設智能樓宇，土壤水
質的環境監測分析等。
█ NB-IoT (Narrow Band IoT) 窄帶物聯網
全球標準化組織3GPP在2016年6月同時制定Cat-M1(eMTC)和Cat-NB1(NB-
IoT)兩個新型蜂窩技術標準。
NB-IOT使用License頻段，可採取帶內、保護帶或獨立載波等三種部署方式，與
現有網絡共存。它是使用需授權的GSM和LTE頻段，也就是說，NB-IoT必須藉由
電信產業買下頻段授權，使用者只能透過電信業者或第三方代理商取得授權技術
和頻段，才能使用NB-IoT相關服務。
NB-IoT技術一般不會應用在4K電視、智慧型手機、車載娛樂等高耗流的物聯網
終端；也不會用在ADAS、虛擬現實等高實時性終端。
NB-IoT將在低耗能、低信息量、巨量化傳感器網絡中應用，領域包括：
1.以水電氣的智能抄表業務為代表的智能家居業務；
2.以郵筒、垃圾箱、路燈、下水道、停車位管理為代表的智慧城市業務；
3.以快遞、寵物、畜牧業、兒童老人跟蹤為代表的智能追蹤業務；
4.以可穿戴健康設備為代表的智能醫療業務；
5.其他工業領域小規模、長時間數據收集案例或周期性控制應用。
目前遠傳電信已於 700MHz 商用頻段提供服務，現階段完成部份大台北及桃園
工業園區訊號覆蓋，2018 第二季之前舖設完成8,000座NB-IoT基站達到全台覆
蓋。遠傳電信依照不同傳輸需求(5MB、15MB及40MB)提供輕、重及勁量三種資
費方案
NB-IoT網絡，NB-IoT通信晶片、NB-IoT通信模組也被譽為支持NB-IoT落地的
基礎條件。通信模組低於5美元，可以實現規模部署，如果可以降低到1美元，將
實現爆炸式增長。 現在通信模組的價格基本在10.17-14.53美元，還很難達到5
美元
■5G和NB-IOT的關係
很多不理解5G和NB-IOT到底是什麼關係，到底NB-IOT是不是5G技術？
實際上5G技術帶來的絕不僅僅是更快的網絡，而是將萬物智能互聯成為可能，而
NB-IOT是5G商用的前奏和基礎，因此在推行5G之前必然要先發展NB-IOT，所
有NB-IOT的演進更加重要，例如支持組播、持續移動性、新的功率等級等等，只
要NB-IOT等基礎建設完整，5G才能真正實現。
█ 三種LPWAN技術比較
●NB-IoT，使用授權頻段和LTE技術，其網路不限制傳輸訊息次數，所能攜帶的
資料量也更高，因此適用於重視網路傳輸穩定性和即時性的智慧工業領域，或者
是需要聲音、影像檔等高資料傳輸的IoT裝置。但相對另兩項技術，NB-IoT的功
耗高、電池耗電大、硬體（晶片）和月租成本高。
NB-IOT採用的是運用商統一部署覆蓋全國的網絡進行收費運營的方式，而LORA
則可以讓企業搭建屬於自己的網絡實現業務運營。
●相對於NB-IoT，LoRa是當前最成熟、穩定的窄帶物聯網通訊技術，其自由組
網的私有網絡遠優於運營商持續不斷收費的NB網絡，且LoRa一次組網終身不需
繳費。但是應用LoRa進行物聯網通訊開發難度大、周期長、進入門檻高。據了
解，為降低物聯網行業創業者進入門檻，協成智慧提供了一整套成熟LoRaWAN
原始碼+LoRa Gateway網關定製方案
●以全球布建的角度來說， Sigfox的傳輸距離最遠，因此適合應用在反應數據變
化或固定時段傳送資料的場景，比如管線監控、智慧電錶、地區氣候監測和警報
等。Sigfox目前在台灣與O-bike合作，負責定位追蹤服務，以及中興保全的設備
狀態偵測，和智慧醫療遠端照護等應用。
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