在設計物聯網（Internet of Things， IoT）裝置與系統時，可選用許多種不同的無線通信協議來實現與云端間的通訊。在眾多選擇中，可以根據其有效覆蓋范圍、傳輸距離與數據速率等各項能力，判定適用于特定應用的最佳選擇。

　　時至今日，在設計物聯網（Internet of Things， IoT）裝置與系統時，可選用許多種不同的無線通信協議來實現與云端間的通訊。雖然蜂巢與無線局域網絡正在不斷演進，以滿足物聯網應用需求，但仍有許多新興技術鎖定該類應用，使得技術選擇不斷增加。在眾多選擇中，可以根據其有效覆蓋范圍、傳輸距離與數據速率等各項能力，判定適用于特定應用程序與情況的最佳選擇。

　　物聯網市場需求大　各類技術紛紛涌入

　　對應用開發者而言，評估無線通信技術是否適用的一項最重要考慮就是傳輸距離。許多裝置會使用含有寬帶連接的網關將數據傳輸至云端，或從云端擷取資料。若應用架構中有網關存在，便能夠使用傳輸功率較低的短距通訊協議。在多數情況下，部署網關可能太困難或因為成本太高而難以實現，例如，若將一組傳感器部署于開放水域的大型水庫或列車軌道沿線，便會因為傳感器節點過于分散而難以利用網關進行傳輸。

　　現今，此類高度分散的傳感器與量表若非使用千兆赫以下（sub-GHz）的免執照頻段中的蜂巢聯機，就是使用專屬通訊協議進行聯機，例如868MHz。此領域正經歷著重大的變革，原因是因為市場需要能成功導引物聯網的標準以及電訊業者的策略性變更。當電訊業者尋求最大化自己已獲授權的頻譜配置時，市場也希望他們能將現有的千兆赫以下全球行動通訊系統（GSM）網絡切換為支持長程演進計劃（LTE）網絡，因為這些新一代通訊協議的頻譜效率較高。

　　為支持機器對機器（Machine to Machine， M2M）與物聯網通訊的成長需求，各家廠商紛紛提出數項以LTE為基礎的蜂巢協議。短期來說，Cat-M提供一種較簡潔的LTE形式，適用于物聯網裝置，提供多達1Mbit/s的數據速率，并可存取已普及化的蜂巢網絡。

　　然而，在未來的2或3年內，第三代合作伙伴計劃（3GPP）定義的窄頻物聯網（NB-IoT）將可能為物聯網應用提供更妥適的網絡支持，有助于降低裝置與營運成本NB-IoT使用約200kbit/s的較低數據率，并在難以存取的位置，例如埋在地底下的儀表，有更好的網絡存取性。

　　窄頻物聯網興起　LoRa/SIGFOX被看好

　　LoRa和SIGFOX主要在免執照的頻譜中運作，提供蜂巢以外的收發器設計和定價模式選擇。現今的電訊業者皆根據數據使用量進行收費，而支持免執照頻段的商務營運商則可采用固定費率的模式，低至每年每臺裝置1元的水平。

　　LoRa是由Semtech所開發的技術，透過自己的網絡基地臺以及挑選新創的商務營運商，為物聯網使用者提供豐富的因特網存取選擇，藉以提供良好的控制性，而且有可能降低成本。其中，LoRa網絡在阿姆斯特丹僅花約6周就利用群眾外包（Crowdsourcing）建設了The Things Network，世界各地城市也可以重復這種模式。

　　微芯（Microchip）與意法半導體（STMicroelectronics）以及Semtech的裝置均支持LoRa技術，發射頻率距離可達約10公里，因此在用于埋在地底下的裝置例如停車收費表和水表時，相較于傳統無線電系統具有優勢。對于來自其他免執照頻段使用者干擾的抗性，則可透過展頻調變方式改善，數據速率范圍從300bit/s至50kbit/s，與現有的整體封包無線電服務（GPRS）聯機類似。

　　另一方面，SIGFOX采用超窄頻發射技術來限制功率，在郊區環境可達到50公里的發射距離，且數據速率范圍為10bit/s至1kbit/s之間。不同于其他多數的通訊協議，SIGFOX是單向的鏈路。此鏈路可用最小化物聯網節點的耗電量，因為無須喚醒射頻（RF）收發器以及長時間接聽傳入的通訊，但是，此鏈路的限制是無法使用傳統SIGFOX收發器遠程來更新節點中的軟件，因此須要使用另外一個無線電發射器進行更新。

　　然而，專為免執照的工業、科學與醫療（ISM）頻段所設計的一些射頻收發器，能處理相對簡單的SIGFOX發射需求。已宣布使用SIGFOX為物聯網提供聯機能力的解決方案供貨商包括安森美（On Semiconductor）與其AX-SIGFOX單芯片解決方案，以及銷售自家生產SmartEverything開發板的艾睿電子（Arrow Electronics）適用于物聯網與M2M應用的Arduino大小尺寸的原型開發平臺。

　　受惠免持照頻段　IEEE 802.15.4看俏

　　對于由網關支持的短距通訊，2.4GHz的免執照頻段已成為了無線網絡聯機的首選。藍牙（Bluetooth）與Wi-Fi皆使用2.4Ghz頻段，這個頻段也提供頻譜以供專為物聯網設計的通訊協議使用，例如6LoWPAN與Thread。6LowPAN、Thread與ZigBee和Wireless HART皆以美國電子電機工程師協會（IEEE） 802.15.4標準為主要基礎。

　　IEEE 802.15.4的核心標準支持長達10公尺的發射距離，傳輸速率為250kbit/s，且可以運作于千兆赫以下的免執照頻段和2.4Ghz頻段。6LowPAN將一組上層通訊協議加入與因特網通訊協議（Internet Protocol， IP）兼容的IEEE 802.15.4核心標準，同時允許來自云端以IP為基礎的標準通訊，以使用如TCP、HTTP、COAP與MQTT這類標準來與物聯網邊緣裝置聯機。為了將花在物聯網數據傳輸上的通訊協議的系統開支降到最低，6LowPAN采用標頭壓縮與其他數據封裝技術。

　　為增加節點與網關的最大距離，6LowPAN支持網狀網絡（Mesh Network）聯機功能。透過網狀網絡拓撲，離網關太遠以至無法聯機的節點得以透過距離較近的實體裝置來中繼封包，直到其中的一個節點能直接與網關聯機為止。因為網狀網絡聯機功能會動態分析網絡的可路由機制，因此網狀網絡會自動設定新的裝置，這樣一來，網狀網絡就可以運用系統已得知的使用模式。

　　建置于6LowPAN之上的Thread通訊協議于2014年推出，提供進一步的物聯網功能，例如驗證與加密，藉以提升整體安全性。然而，在多數情況下，簡易的軟件升級可讓Thread在支持IEEE 802.15.4的裝置上執行，例如創立Thread Group的芯科實驗室（Silicon Labs）所制造的裝置。

　　雖然IEEE 802.15.4已成為各種物聯網導向網絡協議的核心基礎架構，但是藍牙也是一個要考慮的主要標準。由于智能型手機、平板計算機與筆記本電腦普遍使用藍牙，因此可提供透過應用程控與設定物聯網裝置的重要機制。

　　此外，多虧了對藍牙標準的強化，藍牙也成為了物聯網應用的主要通訊協議，且無須依賴智能型手機聯機能力。導入低功耗藍牙技術的支持模式可大幅降低傳輸小量數據的耗電量，使短距網絡協議更適用于物聯網方面的應用。

　　今年預計將會新增進一步功能變更，能將一般的發射距離延長四倍，以減低比特率來換取更長的距離。這個具有調適性的通訊協議可讓距離較近的節點群運用更高的比特率，最多可達低功耗藍牙1Mbit/s標準帶寬的兩倍。

　　網狀網絡聯機功能預計可改善藍牙裝置遠距離的通訊能力。針對藍牙所規劃的網狀網絡聯機功能，會根據2013年發布的4.1版Scatternet概念進行延伸。

　　Scatternet讓每個節點能夠在主要和從屬模式間切換，使封包能傳送至其他從屬或主要節點，以達到與目的收發器聯機的目的。此外，近期的藍牙通訊協議變更，能夠和6LowPAN無線通信協議裝置進行互動，從而延伸了網狀網絡的覆蓋范圍。

　　標榜高數據速率　Wi-Fi也來分一杯羹

　　最后來談談Wi-Fi這個可進一步應用于物聯網的選擇。相較于大多數物聯網通訊協議，現有的Wi-Fi版本能支持較高的數據速率，適用于建筑物安全監控的影像傳輸等應用。負責Wi-Fi通訊協議的IEEE工作小組現正著手研發IEEE 802.11ah版本，此版本將大幅降低耗電量，且能以降低數據速率來延長傳輸范圍，在每個頻道100kbit/s的速率下，有效距離超過1公里。

　　無線物聯網領域中的各項發展，造就了豐富且適用于不同目標市場的通訊協議選項。其中必定有一個選項能完美符合應用項目的需求。