Frost & Sullivan預測，2026年全球物聯網(IoT)裝置將達到657億個，約平均每人有8個連網裝置，而無線連網技術種類包含短距離的藍芽、ZigBee、Wi-Fi等，以及傳輸涵蓋範圍較廣的4G、5G、衛星通訊與低功耗廣域網路等(如圖一)。其中，低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network, LPWAN)的低功耗、少量資料傳輸、低廉的裝置成本、覆蓋範圍廣且能連結許多裝置的特性，相當適合應用於物聯網。2021年，全球以LPWAN技術連結的物聯網裝置已達6.65億個，估計至2025年將成長至19.9億個。本文摘錄Frost & Sullivan論述LPWAN技術、2021-2025年全球LPWAN市場發展預測，以及相關應用案例。

一、    低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network, LPWAN) 技術

適合作為機器對機器(machine-to-machine, M2M)與物聯網通訊的非關鍵性任務應用的無線廣域網路，具有覆蓋區域範圍大、低頻寬、低能耗、低成本特性。LPWAN在都會區的通訊範圍可達10公里，在郊區則達40公里，電池壽命則至少有10年以上，且大量生產的模組價格可低於5美元，相關技術傳輸特性如圖二。

(一)    LPWAN之授權頻段連網技術

主要技術包含：
● 窄頻物聯網(NB-IoT)，又稱LTE Cat NB1
● LTE-M (LTE-Machine to Machine)，又稱eMTC(enhanced Machine Type Communication)或是LTE Cat M1 

3GPP(3rd Generation Partnership Project)在release 13中訂定LTE-M與NB-IoT標準，2015年全球行動通訊系統聯盟(Global System for Mobile Communication Association)提出行動物聯網計畫(GSMA IoT initiative) ，以加速LPWAN授權頻段LTE-M與NB-IoT的商業化應用，主要應用於智慧讀表 (smart metering)、資產追蹤與農業監測。與免授權的專屬型(proprietary) LPWAN不同，因LTE-M與NB-IoT使用授權頻段(Licensed Band)，故能提供高傳輸率、低延遲性與高品質的服務。根據全球行動設備供應商協會(Global Mobile Supply Association, GSA) 統計，至2021年4月，約有139個營運商在64個國家提供NB-IoT或LTE-M的連網服務。

(二) LPWAN之免授權頻段連網技術

目前約有13個免授權頻段的LPWAN，包含LoRaWAN®、Sigfox、Wi-SUN®、Ingenu (RPMA®)、DASH7、On-Ramp Wireless、Weightless、Nwave與Mioty等，這些專屬型LPWAN使用免授權且符合政府規範的免費頻段，這些技術皆具有低功耗與長距離傳輸的特性。

1.    LoRaWAN：LoRa是將資料調變成電磁波的技術，使用線性調頻展頻技術(Chirp Spread Spectrum) 傳輸。2015年LoRa聯盟提出LPWAN的LoRaWAN，定義LoRa基礎架構實體層參數，並作為網路通訊協議與系統架構。至2021年9月，全球有156個LoRaWAN網路運營商在171個國家提供服務。
2.    Sigfox：法國Sigfox提出的超窄頻(Ultra Narrow Band, UNB) 技術，Sigfox 0G網路利用射頻(radio frequencies)進行通訊，能在物聯網裝置間傳送與接收少量訊息，且不需要安裝閘道(gateways)或SIM卡，並由當地Sigfox運營商透過公共網路進行管理。不過，Sigfox在2022年1月面臨銷售低於預期，並進入破產程序，後續由Sigfox在亞洲的供應商優納比(UnaBiz)接管。 
3.    Ingenu：Ingenu開發可用於公用事業基礎設施的機器對機器(Machine to Machine, M2M)技術，並擁有以分碼多重存取(Code Division Multiple. Access, CDMA) 技術為基礎的隨機相位多重存取(Random Phase Multiple Access, RPMA)專利技術，其特性為低成本的無線長程通訊系統。Trilliant於2015年收購Ingenu的智慧電網資產與專利，並透過平台即服務(Platform as-a-Service, PaaS)提供終端對終端(end-to-end)解決方案。
4.    Wi-SUN：非營利組織Wi-SUN聯盟，成立宗旨為促進智慧城市、公用事業與工業物聯網的互操作無線解決方案發展，且該聯盟為戶外區域網路(Field Area Networks, FAN)與家庭網路(Home Area Networks, HAN)無線裝置互操作性的認證機構。

二、    2021-2025年LPWAN全球市場發展預測

因公共網路覆蓋率增加，將提供更多LPWAN連網服務，如Connexin宣布將建設遍及全英國的LoRaWAN。此外，預期未來3年的市場競爭將更為激烈，帶動模組與連網服務成本下跌，且Covid-19疫情緩和促使經濟復甦，將使全球物聯網晶片生產更為順利，使LPWAM模組價格進一步下跌，需求帶動與成本下降將使LPWAN市場快速成長。
以連網技術來看，使用授權頻段LPWAN(包含NB-IoT與LET-M技術)的物聯網裝置數量，在2021年占全球LPWAN比例為51.4%，連網裝置數量達3.42億個，預計2021年-2025年的複合年均成長率(CAGR)為36.3%，占全球比例將持續攀升至2025年的58.9%。相較之下，2021年使用免授權頻段LPWAN(包含LoRanWAN、Sigfox等技術)的連網裝置數量為3.23億個，2021年-2025年的CAGR為26.2%，估計至2025年的連網裝置數量將達8.2億個，如圖三。

使用LPWAN的主要產業包含：公用事業與能源、物流與供應鏈，以及智慧城市與建築，約占全球2021年使用LPWAN連網裝置數量的88%，如圖四。對公用事業的智慧讀表(smart meter)，如智慧水表、智慧電表與智慧天然氣讀表的需求，將帶動對LPWAN的投資；物流業的成長則多來自對資產追蹤的需求；智慧城市則是來自城市路燈與監視系統設置需求。

三、    LPWAM應用案例

(一)日本能源公司Nippon Gas Co導入Sigfox與 智慧天然氣讀表

日本能源公司Nippon Gas Co.(NICIGAS)的液化天然氣(LPG)與電力部門，需要將能源使用量數位化，並提供顧客精準與即時的使用資訊。在未導入智慧天然氣讀表前，公司需要每月以人工方式記錄顧客的天然氣用量，成本較高、容易出錯且需要大量勞工。
NICIGAS與物聯網硬體供應商UnaBiz、物聯網資料管理平台Soracom合作開發解決方案，改造現有讀表器使其具備智慧功能，並利用網路控制單元(Network Controlling Unit, NCU)Space Hotaru，透過日本京瓷集團關係企業(Kyocera Communication Systems) 的Sigfox網路進行資料傳輸。智慧天然氣讀表可每小時記錄使用量資訊，並每天將資訊傳輸至NICIGAS的中央物聯網資料平台NICIGAS Stream，不僅可預測用戶端的天然氣存量，當意外發生時，亦能自動記錄並回報，截至2020年底，NICIGAS的智慧天然氣讀表已達90萬台。

(二)德國飲料商Krones AG工廠的智慧按鈕使用NB-IoT連網

飲料廠商Krones AG在德國有5間工廠，在全球有超過100間子公司，其面臨主要問題為，當工廠內的商品完成時，需要進行商品配送與重新訂購材料，此時員工常需要暫停手邊工作，並與同仁協調處理工廠流程，這樣的時間管理方式與生產效率很低，故公司需要物聯網協助自動進行廠內物流配送，以加速材料遞送速度。
Deutsche Telekom的物聯網服務鈴(IoT Service Button)，能執行自動化重新下單，具有隨插即用的設計，並具備獨立電源，使其不需要受限於電力供應與網路，不過需要內嵌預付SIM卡。當工廠人員完成生產並按下物聯網服務鈴，訊息將透過NB-IoT網路傳送至Deutsche Telekom雲端物聯網平台，平台即以簡訊或郵件要求物流部門至工廠收取產品。

(三) Telstra利用LTE-M進行資產追蹤

企業常面臨資產與貨物遺失的問題，每年因此損失的貨物或資產可達10%。傳統的追蹤機制常無法顯示即時資料，使得企業很難清楚確認資產位置，且手動追蹤與盤點的效率很低。澳洲Telstra推出以太陽能供電的資產追蹤解決方案，讓企業能追蹤貨櫃、拖車與鐵路貨車位置。
Telstra的追蹤裝置利用LTE-M傳輸資料，並配有太陽能板與GPS晶片，可協助企業監控資產，接收資產的相關資訊。該追蹤裝置備有大型天線，使其能在都會區接收GPS訊號，裝置使用壽命可達7年，且在平均每小時回報的使用情形下，約4個月才需更換電池。此外，可調整追蹤裝置的回報時間，如當資產固定時，每4小時進行回報，若當資產移動時，則可改為每小時回報。

(四)Laird Connectivity使用LoRaWAN監測食品冷鏈配送

冷鏈的食品配送需要確保其在運送過程中，儲存在正確的溫度，避免食物腐敗或是滋生病菌，而無法符合標準規範，根據美國FDA統計，有91%的餐廳並沒有食物管理系統。感測器與閘道廠商Laird Connectivity與LoRaWAN網路伺服器廠商The Things Industries合作，透過將無線感測器連到LoRaWAN，定期監視與量測即時溫度，以更有效率控制冷鏈監測系統。單一閘道可蒐集上千台感測器的資料，且閘道收到資料後就能將資料傳輸出去，使顧客能自行選擇網路營運商以管理這些裝置。 

(五)倫敦市使用Wi-SUN®建構智慧城市

倫敦市為了將現代路燈系統與歷史悠久的街道結合，將以具備通訊技術功能的路燈取代舊系統，以建造有活力且安全的環境。市政府與提供Wi-SUN®技術通訊設備的Itron及Urban Control合作，共同開發照明解決方案，以降低能源消費與維護成本，並提升公共安全與照明美學。此計畫部署LED照明與控制管理系統(Control Management System)，Wi-SUN®網狀網路(mesh network)能讓每個裝置與其鄰近裝置合作，以改善網路傳輸速度，LED路燈與交通號誌亦是其中一部分，至2021年與Wi-SUN®裝置連結的路燈已超過1.5萬個。

四、    結論

LPWAN逐漸成為需要大量連網的IoT所偏好使用的技術，尤其是公用事業與能源、物流與供應鏈、智慧城市與建築等產業，此三個產業利用LPWAN連網的裝置即占2021年裝置數量88%。不過因LPWAN技術有十多種，有些企業亦提出需要能適用不同LPWAN標準與技術的解決方案。