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新一代無線傳輸技術:LoRa

現今,資訊科技高度發達,繼網際網路之後,物聯網以迅雷不及掩耳之勢,引發社會廣泛的關注。隨著物聯網快速興起,以及日益增多的應用,WiFi、Zigbee、Bluetooth等等的無線通訊傳輸協議,使得構建物聯網時,有了豐富的選擇。
 
不同的通訊技術有著不同的特點,也各有適合自己的應用場景。但是對於長距離、低功耗,只有少量資料需要傳輸的應用場景,目前還沒有能更滿足,上述需求的無線通訊技術,這也就是LoRa技術誕生的原因。
 
 
LoRa簡介
LoRa為英文Long Range的縮寫,為低功耗廣域網(Low Power Wide Area Network, LPWAN)通訊技術的一種,Semtech公司於2013年釋出的超長距離低功耗資料傳輸技術。
 
以往,在LPWAN產生之前,似乎只能在遠距離以及低功耗兩者之間做取捨。而LoRa無線技術的出現,改變了關於傳輸距離與功耗的折衷考慮方式,不僅可以實現遠距離傳輸,並且同時兼具低功耗、低成本的優點。
 
 
LoRa的網路形成就如同下圖,遠距節點可以透過多台閘道器(gateways),與後端網路伺服器連線,將資料上傳後,送至雲端或伺服器上。
 
在LoRa網路中,每個節點並不會彼此相連,須先連至閘道器後,才能連回中央主機,或是透過中央主機,將資料傳到另一個節點。終端節點的訊息,可以同時傳給多個閘道器,訊息也可透過閘道器之間的橋接,進一步延伸傳輸距離。

 

 
LoRa vs. LoRaWAN
LoRa是物理層或無線調製,用於建立長距離通訊鍵路。許多傳統的無線系統使用頻移鍵控(FSK),可以有效滿足低功耗的需求。LoRa是基於線性調頻擴頻調製,不僅保留了與FSK調製相同的低功耗特性,並增加了通訊距離、提高了網路效率,以及消除了乾擾。
 
而LoRaWAN則是用來定義,網路的通訊協議和系統架構,是由LoRa聯盟推出的低功耗廣域網標準,可以有效實現LoRa物理層支援遠距離通訊。
 
此協議和架構對於終端的電池壽命、網路容量、服務品質、安全性以及適合的應用場景,都有深遠的影響。簡而言之,LoRaWAN其實就是一種網路(WAN=Wide Area Network)。
 
LoRa優勢
LoRa有遠距離、低功耗,以及低成本等優勢。LoRa的傳輸距離範圍,長達15至20公里,低功耗的特性,延長了電池使用壽命,免牌照的頻段、基礎設施,以及節點/終端的低成本,以上特性都使LoRa的使用成本大幅降低。
 
 
LoRa的實際應用

 
近年來,LoRa的無線技術開發愈趨成熟,逐漸拼湊出物聯網應用的完整生態系統。臺北市政府為了推動物聯網,打造智慧城市,也順勢搭上了此技術的發展潮流,透過LoRaWan技術,布建物聯網實驗平台,以智慧方案解決市民需求。除了臺北市政府大力推行的智慧城市解決方案,適合LoRa使用的應用場景也包括以下種類:
 
智慧建築
 
以往的建築裝置,漸漸無法滿足人類,對於居住品質的要求,建築智慧化已蔚為趨勢。對於建築的改造,加入溫溼度,以及安全等感測器,並定時地將監測的訊息上傳,便於建築管理者的監管,隨時掌握建築的最新狀況。
 

 
智慧消防
 
消防救災工作以及火場逃生,兩者都是分秒必爭。現有的消防裝置於火災發生時,能達到的效果有限。
 
以逃生指示號誌為例,靜態的指示訊號無法應對火場的變化,即時告訴避難者正確的逃生方向,往往耽誤了逃生的時間。動態導引系統利用LoRa無線傳輸技術遠距離、低頻,以及低功耗的特性,在火災發生時,由動態導引主機,傳送訊號給布建於建築物內的動態導引燈板。
 
由於LoRa走的是低於1GHz以下的低頻段,因此不用擔心訊號受到其他無線通訊的干擾,燈板在收到訊號後,會立即做出指示,引導避難者前往安全的逃生路徑。

 

 
智慧農業
 
對農業來說,低功耗及低成本的的感測器,是十分重要的。智慧農業就是將物聯網技術,運用於傳統農業,將溫、溼度,以及鹽鹼度等環境資料,透過感測器定期上傳,這些資訊可以有效幫助農業提高產量,以及減少水資源的消耗。
 

 
物流追蹤
 
終端的電池使用壽命,對於追蹤或是定位都十分重要,由於追蹤系統的成本,以及電池續航都必須納入考慮,因此相當適合利用LoRa技術進行追蹤。
 
物流企業可以根據定位的需要在特定的場所佈網,例如,在運送過程中,貨品有大部分的時間,會被放置在倉庫,或是透過卡車分送至各地,所以業者只需要在倉庫、物流網涵蓋區,甚至是貨車上裝設LoRa閘道器,就能讓貨品上的追蹤器連至網路。
 
對於業者來說,加強了管理與效率,並能避免貨品遺失 ; 對消費者而言,也能發揮掌握貨品流向,以及時程的功效。
 


 
綜上所述,隨著物聯網技術的不斷成熟,其衍伸出來的技術終將大幅改變人們的生活層面。任何一種無線通訊技術,都有自己適合的應用場景。
 
而LoRa的應用十分廣泛,遠距離傳輸、低頻、低功耗等特點,大大降低了物聯網資料傳輸的使用與維護成本。LoRa儼然已成為建立智慧城市重要的一環,並且將使人類的生活更加舒適、安全以及便利。
 

新聞來源 : 3S Market資訊中心