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物联网竞赛开跑 LoRaWAN赢在终端节点上
优化行动与在地服务

【作者: 王岫晨】2020年05月08日 星期五

浏览人次:【8144】

LoRaWAN具有长距离、低功耗的特点,专为无线电池供电设备所打造。


其省电特性,非常适合用于环境中布建的感应器等物联网装置上。


此外,对于保障双向通讯、行动化和在地化服务也非常有帮助。



图一 : LoRa技术特别适用于包括智慧城市、智慧家居与建筑等。
图一 : LoRa技术特别适用于包括智慧城市、智慧家居与建筑等。

低功耗广域网路(LPWAN)是智慧城市等相关应用发展不可或缺的重要通讯技术。它的重要性在于能够满足包括环境监控、街道照明、停车管理、智慧建筑、智能表类及车队管理等全方位应用需求。


LPWAN领域则分支出许多相关的低功耗短距离通讯技术,包括NB-IoT、LoRaWAN与Sigfox等技术。其中LoRaWAN具有长距离、低功耗的特点,其特点是专为采用无线连结、由电池供电设备所建构的智慧城市应用而打造,对于保障双向通讯、行动化和在地化服务非常有帮助。


优化电池装置

而究竟什么是LoRa,还有LoRa可以做些什么,这是近几年随着该技术崛起,大家最想知道的事情。事实上,LPWAN预期将支援物联网数十亿的设备连结,而LoRa技术的主轴,正是用于优化LPWAN的电池寿命、容量、范围和成本等不同面向的应用规范。



图二 : 广大的牧场最适合透过LoRaWAN来追踪牲畜。
图二 : 广大的牧场最适合透过LoRaWAN来追踪牲畜。

在今天,大多数的网路系统都采用网状拓朴架构,然而在这种网路系统中,为了要提高覆盖范围,当节点在进行资料的传送时,往往需要透过其他的节点来作为传输的中介点,如此一来,会使得整体网路的复杂性与耗电量都大幅提升。


而LoRa的优势,就在于该技术的远距离性能十分良好。 LoRa采用星状拓朴架构,可以让所有节点直接连接到闸道,再透过闸道往后连接至主机来抓取资料。而不同节点之间的沟通,也都是经由闸道来进行传输。


闸道设备的优点,就在于只需在定点进行设置,就可以覆盖更广泛的范围(若是使用节点,则需要计较施工与维护的便利性与成本),因此藉由闸道设备,可以连接电源与一般有线网路系统,而不需额外考量耗电量与资料后送等问题。


在这样的状况下,节点就可以将耗电量较大的工作,直接交给闸道与中央系统主机来运作,可以将传输量最小化来提高电池的续航力。


满足物联网应用

LoRa这种低功耗无线通讯技术,是LoRa联盟和多家全球电信公司所共同支持的环保先进标准化技术,提供覆盖面广、能耗低之低成本无线通讯解决方案,用于满足当前和未来物联网应用和服务等需求。


而LoRaWAN是以Semtech LoRa技术为基础的LPWAN协定,适用于物联网装置与LoRaWAN网路。 LoRaWAN规格能为智慧型装置彼此之间提供连结能力,而无需复杂的本地端联网架构。如同上文所提及,LoRaWAN网路是以星形拓扑为基础,闸道器会在终端装置以及后端的中央网路伺服器之间,作为连结讯息的桥梁。这些闸道器透过标准IP连线来连接中央网路伺服器,而终端装置则可以透过无线通讯连线到一个或多个闸道器上。


在LoRaWAN的架构下,所有的终端通讯都是采用双向进行,同时也支援多点连线,特别注意的是能做到软体无线升级或其他大量讯息的发布,借以缩短空中通讯的时间。在终端装置以及闸道器之间的数据资料,会透过不同频率的通道与不同的数据传输率来进行传送。


通常来说,选择数据传输率时,需在通讯范围与讯息持续时间等选项中进行取舍。由于使用了展频技术,既使采用了不同的数据传输率,彼此之间的通讯也不会互相干扰,而LoRaWAN会产生一组虚拟通道,让闸道器的容量得以增加。LoRaWAN的数据传输率通常介于0.3~50kbps之间,为了让终端装置的电池续航力以及整体网路通讯容量可以达到最佳化与最大化,LoRaWAN网路伺服器采用了ADR(适应性数据传输率)机制,可以个别管理每个终端装置的数据传输率与无线讯号输出。


结语

事实上,放眼目前所有的无线通讯技术,任何单一技术都无法满足所有物联网的应用。举例来说,现有的Wi-Fi无线网路与低功耗蓝牙都相当适合用于个人行动装置在室内环境中的使用情境,至于行动通讯技术则能满足更长距离与更高传输量的需求,但是这些应用的耗电量也相对高出许多。


每种无线通讯技术都有其最适合的应用场域,目前多数的网路系统都采用网状拓朴架构,LoRa技术则适合用于低功耗LPWAN的用途上,LoRaWAN具有长距离、低功耗的特点,可专为无线电池供电的智慧城市应用打造专属设备,有利于保障双向通讯、行动性和在地化服务。其最关键的省电特性,可以透过电池来提供更久的系统续航力,最多可长达数年之久的电池供电寿命,加上其具备资料传输的特性,所以非常适合用于诸如环境中布建的感应器等物联网装置上。


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