依據ABI研究，全球的物聯網聯機到2023年將超過10億，這也是海量物聯網(Massive IoT)概念的實現。Sigfox認為萬物聯網的應用應僅需要傳送少量的數據，其網絡小型訊息與低功耗的特性，適合應用在無需回傳大訊息量的情境。

物聯網的發展讓低功耗廣域網(Low Power Wide Area Network,LPWAN)應用需求大增，其中一個明星技術Sigfox認為萬物互連的物聯網應用應僅需要傳送少量的數據，其網絡“小型訊息”與“低功耗”的特性，適合應用在無需回傳大訊息量的情境。因此，Sigfox網絡適用于數據傳輸量較小、且有耗電考慮的情境。在整個物聯網應用的范躊里面，金字塔的底層才是Sigfox的目標(如圖1)。

圖1 物聯網應用類型與不同LPWAN技術目標市場

Sigfox技術原理

Sigfox將物聯網數據傳輸，以低價格、低消耗功率、簡單的設計達成全球范圍的服務。依據ABI研究，全球的物聯網聯機到2023年將超過10億，這也是海量物聯網(Massive IoT)概念的實現。Sigfox采用Sub-1GHz非授權頻段頻段進行通訊，這種無線電波為運作頻率在1GHz以下的工業、科學和醫療專用頻段。

這些頻段大多無需許可證或費用，只需要遵守一定的發射功率(一般小于1W)，并且不要對其它頻段造成干擾即可。雖然Sigfox采用不需額外申請、支付相關費用的非授權頻譜，但是它卻采用蜂巢式(Cellular Style)網絡建置的架構，和NB-IoT一樣需要透過廠商架設基地臺提供通訊服務，它的特性是低布建成本與較高的訊號接收質量。

超窄頻(Ultra-Narrow Band, UNB)技術

Sigfox的超窄頻技術，采用200kHz(實際使用為192kHz)帶寬來傳遞訊息，每個訊息長度為100Hz，根據不同無線配置區的規范傳輸速度分為100bps(RCZ1/RCZ3)與600bps(RCZ2/RCZ4)兩種(圖2)。也因其超窄頻的技術，可以在極低電力消耗下達到大范圍的訊號涵蓋。Sigfox特性就是長距離及低數據量傳輸，非常的符合物聯網的應用需求，且硬件裝置設計上比傳統的移動通訊網絡(2G/3G/4G)又更簡單、更省電、更便宜。

圖2 Sigfox超窄頻UNB傳輸模式

此外，Sigfox的超窄頻技術在頻譜上相較于其他通訊技術所占的帶寬明顯小上許多，亦即訊號之間不容易互相碰撞、干擾，且在相同帶寬上能同時傳送的訊息量也較多(圖3)。

圖3 Sigfox超窄頻技術接收數據相較一般無線技術多

隨機存取(Random Access)

Sigfox在確保傳輸有效性的情況下，會在三個不同時間(毫秒)內于不同頻率發送三封訊息到終端設備附近的站臺，并依照不同的無線配置區而有不同的數據傳輸率(Data Rate)(RCZ1/3：100bps、RCZ2/4：600bps)(圖4)，以RCZ2/RCZ4為例，從發送訊息到Sigfox云端(Cloud)需要0.36秒。

圖4 Sigfox隨機存取架構示意

多重接收(Cooperative Reception)

而在接收基地站臺的部分，Sigfox采用多重傳送接收模式，確保傳出的訊息能夠被周遭三個以上不同的基地站臺收到(圖5)，借助此方式確保裝置所傳送訊息接收的成功率。

圖5 Sigfox多重接收架構示意

小型訊息(Small Messages)

為達到低成本、低耗能的目標，Sigfox設計出了專為物聯網小型訊息應用的通訊協議，此小型訊息可傳載0到12bytes的資料。而12bytes的數據可以包含哪些內容？若以GPS經緯度坐標來說只需要6bytes，而溫度以及加速度等信息也僅需要2bytes，而若應用只需要做on/off的切換的話也只需要1/8bytes，若更簡單的應用如只需要確認設備是否還在運作與否的話也只需要傳回heartbeat信息且不占用任何數據量(圖6)。

圖6 小型訊息所需要的數據量

雙向傳送(Bi-directional)

由于Sigfox技術是以物為主的技術，故下行(Downlink)訊息的啟動必須由裝置/傳感器觸發，且由裝置傳送后會產生20秒鐘的延遲，而接收端最多會等待25秒以接收相關訊息。

Sigfox網絡特性解析

扁平化網絡架構Sigfox扁平化的網絡架構是將網絡的資本及維運支出極小化的關鍵，降低總營運成本，Sigfox的網絡架構于圖7可見，由設備端到基地站、基地站到Sigfox云端(Cloud)至應用端的IT平臺。

圖7 Sigfox扁平化網絡架構

其中，設備端可分為上行(Uplink)與下行(Downlink)兩種模式，以設備端作為觸發，提供雙向數據傳輸模式，依歐盟歐洲電信標準協會(ETSI)規范上行傳送單日不可超過140次，單一訊息數據傳輸量最大為12bytes、下行傳送單日不可超過四次，單次數據傳輸量最大為8bytes。而回傳的數據都會透過站臺回傳到Sigfox云端后臺(Backend)中儲存。User可再透過Sigfox云端后臺設定將數據傳回至應用平臺進一步作為開發應用。

從傳輸層面，設備端到站臺會透過一組經由Sigfox認證過的Private Key進行傳輸，而從站臺到Sigfox云端方面則會透過VPN聯機。最后，Sigfox云端到外部的應用平臺則是透過HTTPS的通訊協議，以確保數據傳送的安全性。從網絡架構圖可知，Sigfox所提供的服務并非僅有網絡聯機，客戶可以直接連結云端服務，Sigfox的云端系統整合服務，能夠降低用戶開發程序、存取數據的復雜度，用戶只需在計算機上利用Sigfox云端服務平臺，就能聯機至物聯網裝置。這么一來，企業便無須擔心網絡與數據儲存空間等基礎設施的建構，可以更專注于IoT服務的開發。

輕量化通訊協議

Sigfox與一般通訊規范的不同在于其為物聯網裝置優化而設計的通訊協議，由于一般通訊協議是為了傳輸大量數據而設計，在傳輸過程中需要較多協議附加數據(Header)，因此協議中的附加數據會較大，這種情況對于物聯網裝置來說相當吃虧，由于每次只傳輸數據的數據量都很小，如果無法縮小協議附加數據的容量，就代表通訊流量中有很大比例浪費在傳送協議的附加數據，而非真正的用戶數據。Sigfox通訊協議傳送較少的協議附加數據，能省下更多流量。由于Sigfox的小型訊息(Small Message)特性，使得終端設備得以消耗較低的電能即可傳送訊息，因此終端設備的電池使用壽命亦能得到延長進而達到省電的目標(圖8)。

圖8 Sigfox輕量化通訊協議

無線配置區(Radio Configuration Zone, RCZ)

Sigfox目前在全球共劃分為四個無線配置區(Radio Zone)，不同無線配置區域之頻率也不相同，如下所示：RCZ1：歐洲、中東(阿曼、伊朗)與南非、突尼西亞、阿拉伯聯合大公國。RCZ2：美洲(美國、墨西哥、巴西)。RCZ3：日本。RCZ4：紐西蘭、澳洲、新加坡、***地區、香港地區、哥倫比亞、阿根廷、哥斯達黎加、泰國、馬來西亞、厄瓜多爾、巴拿馬、薩爾瓦多等地。

Sigfox應用

Sigfox技術應用的四大特性就是：低功耗的聯機裝置、全球的聯網服務、簡易的使用模式及低總運營成本。由于Sigfox的小型訊息特性，使得終端設備得以消耗較低的電能即可傳送訊息，因此終端設備的電池使用壽命亦能得到延長進而達到省電用途，以Sigfox自行推出的多合一裝置Sensit為例，集合了六種傳感器(溫度、濕度、亮度、加速度計、磁力儀、磁簧開關)與一個智能按鈕，其使用期限可高達一年。Sigfox也分別在西班牙與美國等多個不同場域部署了智慧停車解決方案，而由在***的實測也發現Sigfox的停車傳感器電池壽命遠比其他通訊技術來得久。

此外，借助全球物聯網通訊服務的特性，終端設備只要綁定一個服務合約即可在涵蓋Sigfox物聯網網絡的國家中可使用，無須支付漫游費用，而現行Sigfox物聯網網絡已經部署在全球46個國家。其中較著名的應用有2018年4月發表的Louis Vuitton Echo以及米其林(Michelin)的跨洲際海運貨物的流量追蹤解決方案。

Louis Vuitton Echo的大小約為110×15×20mm，當你把它放在箱內專屬的綁帶下面后，裝置本身不占據太多的空間。而在續航力方面，每次充電只要一小時，便可維持六個月的使用時間。做為LV Horizon旅行箱的配件，Echo能借助內建的光線傳感器，在箱內偵測行李是否被人打開。除此之外它還支持Sigfox的Monarch移動定位服務(Echo有三年的免費使用期)，讓用戶可以在全球各主要機場透過LV Pass軟件快速了解自己行李的狀態。

Monarch移動定位服務于2017年9月在世界物聯網博覽會上亮相，是Sigfox推出的一項全新服務，通過自動識別和對應當地射頻標準，使追蹤設備能夠在世界各地無縫運行。全球電信營運標準依照地理區域劃分為三區，Monarch的使用將突破限制，為物流和供應鏈、消費市場以及航運、飛機和鐵路產業的自動化維護開啟了新興的應用模式。資產追蹤(物流產業)是巨量物聯網中最重要的垂直產業，然而Monarch的誕生代表著重大的突破。在未來幾年數百萬的商機中，這個項目代表第一個實際商轉的重要里程碑。Sigfox的價值定位是目前唯一讓這樣的商業模式可行的技術：全球同一網絡、低成本、低耗能又簡單使用的結合。

而米其林借助Sigfox France和Argon Consulting所共同開發的物聯網的解決方案，也是運用Sigfox技術來追蹤跨洲際海運貨物的流量，另外，Sigfox使用的頻段無需許可證或授權等費用，因此在終端設備的制造上也無需額外支付任何權利金，可大幅降低終端設備的制造成本，而這些終端設備的Sigfox物聯網連接費用也相對低廉，可讓萬物聯網的目標加速達成。