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为物联网而生的无线传输技术:LoRa

作者:   来源:   时间:2017-09-21 16:41:59

  现今,信息技术高度发达,继互联网之后,物联网以迅雷不及掩耳之势引发社会广泛的关注。随着物联网快速兴起,以及日益增多的应用,WiFi、Zigbee、Bluetooth等等的无线通信传输协议,使得构建物联网时有了丰富的选择。

  不同的通讯技术有着不同的特点,也各有适合自己的应用场景。但是对于长距离,低功耗,只有少量数据需要传输的应用场景,目前还没有能更满足上述需求的无线通信技术,这也就是LoRa技术诞生的原因。

LoRa简介

  LoRa为英文Long Range的缩写,为低功耗广域网(Low PowerWide Area Network, LPWAN)通信技术的一种,Semtech公司于2013年发布的超长距离低功耗数据传输技术。以往,在LPWAN产生之前,似乎只能在远距离以及低功耗两者之间做取舍。而LoRa无线技术的出现,改变了关于传输距离与功耗的折衷考虑方式,不仅可以实现远距离传输,并且同时兼具低功耗、低成本的优点。

  LoRa的网络形成就如同下图,远距节点可以透过多台网关(gateways)与后端网络服务器连接,将数据上传后送至云端或服务器上。在LoRa网络中,每个节点并不会彼此相连,须先连至网关后,才能连回中央主机,或是透过中央主机将数据传到另一个节点。终端节点的讯息,可以同时传给多个网关,讯息也可透过网关之间的桥接,进一步延伸传输距离。

LoRa vs. LoRaWAN

  LoRa是物理层或无线调制用于建立长距离通信键路。许多传统的无线系统使用频移键控(FSK),可以有效满足低功耗的需求。LoRa是基于线性调频扩频调制,不仅保留了与FSK调制相同的低功耗特性,并增加了通信距离、提高了网络效率,以及消除了干扰。

  而LoRaWAN则是用来定义网络的通讯协议和系统架构,是由LoRa联盟推出的低功耗广域网标准,可以有效实现LoRa物理层支持远距离通信。此协议和架构对于终端的电池寿命、网络容量、服务质量、安全性以及适合的应用场景,都有深远的影响。简而言之,LoRaWAN其实就是一种网络(WAN=Wide Area Network)。

LoRa优势

  LoRa有远距离、低功耗以及低成本等优势。LoRa的传输距离范围长达15至20公里,低功耗的特性延长了电池使用寿命,免牌照的频段、基础设施以及节点/终端的低成本,以上特性都使LoRa的使用成本大幅降低。

LoRa的实际应用

  近年来,LoRa的无线技术开发愈趋成熟,逐渐拼凑出物联网应用的完整生态系统。台北市政府为了推动物联网,打造智慧城市,也顺势搭上了此技术的发展潮流,透过LoRaWan技术,布建物联网实验平台,以智慧方案解决市民需求。除了台北市政府大力推行的智能城市解决方案,适合LoRa使用的应用场景也包括以下种类:

智慧建筑

  以往的建筑设备渐渐无法满足人类对于居住质量的要求,建筑智能化已蔚为趋势。对于建筑的改造,加入温湿度以及安全等传感器,并定时地将监测的讯息上传,便于建筑管理者的监管,随时掌握建筑的最新状况。

智慧消防

  消防救灾工作以及火场逃生,两者都是分秒必争。现有的消防设备于火灾发生时能达到的效果有限。以逃生指示号志为例,静态的指示信号无法应对火场的变化,实时告诉避难者正确的逃生方向,往往耽误了逃生的时间。动态导引系统利用LoRa无线传输技术远距离、低频以及低功耗的特性,在火灾发生时,由动态导引主机发送讯号给布建于建筑物内的动态导引灯板,由于LoRa走的是低于1GHz以下的低频段,因此不用担心讯号受到其他无线通信的干扰,灯板在收到讯号后,会立即做出指示,引导避难者前往安全的逃生路径。

智慧农业

  对农业来说,低功耗及低成本的的传感器是十分重要的。智慧农业就是将物联网技术运用于传统农业,将温、湿度以及盐碱度等环境数据透过传感器定期上传,这些信息可以有效帮助农业提高产量以及减少水资源的消耗。

物流追踪

  终端的电池使用寿命对于追踪或是定位都十分重要,由于追踪系统的成本以及电池续航都必须纳入考虑,因此相当适合利用LoRa技术进行追踪。物流企业可以根据定位的需要在特定的场所布网,例如,在运送过程中,货品有大部分的时间会被放置在仓库,或是透过卡车分送至各地,所以业者只需要在仓库、物流网涵盖区,甚至是货车上装设LoRa网关,就能让货品上的追踪器连至网络。对于业者来说,加强了管理与效率,并能避免货品遗失 ; 对消费者而言,也能发挥掌握货品流向以及时程的功效。

  综上所述,随着物联网技术的不断成熟,其衍伸出来的技术终将大幅改变人们的生活层面。任何一种无线通信技术都有自己适合的应用场景。而LoRa的应用十分广泛,远距离传输、低频、低功耗等特点大大降低了物联网数据传输的使用与维护成本。LoRa俨然已成为建立智慧城市重要的一环,并且将使人类的生活更加舒适、安全以及便利。



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