瑞德消防雜誌

新一代無線傳輸技術-LoRa

Posted by 瑞德感知 on 2017-6-23 18:00:11
Find me on:

   現今,信息技術高度發達,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,WiFiZigbeeBluetooth等等的無線通信傳輸協議,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。

20170531_1.png

(圖片來源:A technical overview or LoRa and LoRaWAN

LoRa簡介

   LoRa為英文Long Range的縮寫,為低功耗廣域網路(Low PowerWide Area Network, LPWAN)通信技術的一種,Semtech公司於2013年發布的超長距離低功耗數據傳輸技術。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接,將資料上傳後送至雲端或伺服器上。LoRa網路中,每個節點並不會彼此相連,須先連至閘道後,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。

20170531_2.jpg(圖片來源:A technical overview or LoRa and LoRaWAN

LoRa vs. LoRaWAN

   LoRa是物理層或無線調製用於建立長距離通信鍵路。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,並增加了通信距離、提高了網路效率,以及消除了干擾。

   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物理層支持遠距離通信。此協議和架構對於終端的電池壽命、網路容量、服務質量、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

20170531_3.jpg

(圖片來源:A technical overview or LoRa and LoRaWAN

   由上圖可以得知,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1520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

20170531_4.jpg(圖片來源:Taipei Smart City 台北智慧城市)

   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。台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,佈建物聯網實驗平台,以智慧方案解決市民需求。除了台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

   以往的建築設備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,加入溫濕度以及安全等傳感器,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。(延伸閱讀:智慧建築 未來建築新趨勢

20170531_5.jpg

(圖/適合LoRa應用場景)

智慧消防

   消防救災工作以及火場逃生,兩者都是分秒必爭。現有的消防設備於火災發生時能達到的效果有限。以逃生指示號誌為例,靜態的指示號誌無法因應火場的變化,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,由動態導引主機發送訊號給佈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。(延伸閱讀:小綠人的誕生(二):智慧進化的緊急逃生指示

20170531_6.jpg(圖/動態導引號誌接收LoRa訊號,即時引導正確逃生出口)

瑞德感知_下載更多資料

智慧農業

   對農業來說,低功耗及低成本的的傳感器是十分重要的。智慧農業就是將物聯網技術運用於傳統農業,將溫、濕度以及鹽鹼度等環境資料透過傳感器定期上傳,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。

20170531_7.jpg

(圖/適合LoRa應用場景)

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量,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,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。

20170531_8.jpg

(圖/適合LoRa應用場景)

   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。任何一種無線通信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。

瑞德感知_聯絡我們

 

參考資料:

1. A technical overview of LoRa and LoRaWAN - LoRa Alliance

2. https://read01.com/4xmnzz.html

3. http://www.techbang.com/posts/49912?from=popin

4. https://simeneer.blogspot.tw/2016/08/lora-i.html

Topics: 動態導引技術

瑞德感知

瑞德感知科技藉由智慧疏散系統將火災傷亡降到最低,創造全球最先進的動態導引號誌,經科學證明可以有效加速民眾避難疏散速度,提升大型建築物及公共場所的安全標準,引領消防產業跨入新世代,保障你我的安全、建物的未來!

訂閱我們

最新訊息