為物聯(lián)網(wǎng)而生的無(wú)線傳輸技術(shù)：LoRa

現(xiàn)今，信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)，繼互聯(lián)網(wǎng)之后，物聯(lián)網(wǎng)以迅雷不及掩耳之勢(shì)引發(fā)社會(huì)廣泛的關(guān)注。隨著物聯(lián)網(wǎng)快速興起，以及日益增多的應(yīng)用，WiFi、Zigbee、Bluetooth等等的無(wú)線通信傳輸協(xié)議，使得構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)時(shí)有了豐富的選擇。

不同的通訊技術(shù)有著不同的特點(diǎn)，也各有適合自己的應(yīng)用場(chǎng)景。但是對(duì)于長(zhǎng)距離，低功耗，只有少量數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景，目前還沒(méi)有能更滿足上述需求的無(wú)線通信技術(shù)，這也就是LoRa技術(shù)誕生的原因。

LoRa為英文Long Range的縮寫(xiě)，為低功耗廣域網(wǎng)（Low PowerWide Area Network， LPWAN）通信技術(shù)的一種，Semtech公司于2013年發(fā)布的超長(zhǎng)距離低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。以往，在LPWAN產(chǎn)生之前，似乎只能在遠(yuǎn)距離以及低功耗兩者之間做取舍。而LoRa無(wú)線技術(shù)的出現(xiàn)，改變了關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，不僅可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，并且同時(shí)兼具低功耗、低成本的優(yōu)點(diǎn)。

LoRa的網(wǎng)絡(luò)形成就如同下圖，遠(yuǎn)距節(jié)點(diǎn)可以透過(guò)多臺(tái)網(wǎng)關(guān)（gateways）與后端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器連接，將數(shù)據(jù)上傳后送至云端或服務(wù)器上。在LoRa網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)并不會(huì)彼此相連，須先連至網(wǎng)關(guān)后，才能連回中央主機(jī)，或是透過(guò)中央主機(jī)將數(shù)據(jù)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)的訊息，可以同時(shí)傳給多個(gè)網(wǎng)關(guān)，訊息也可透過(guò)網(wǎng)關(guān)之間的橋接，進(jìn)一步延伸傳輸距離。

LoRa是物理層或無(wú)線調(diào)制用于建立長(zhǎng)距離通信鍵路。許多傳統(tǒng)的無(wú)線系統(tǒng)使用頻移鍵控（FSK），可以有效滿足低功耗的需求。LoRa是基于線性調(diào)頻擴(kuò)頻調(diào)制，不僅保留了與FSK調(diào)制相同的低功耗特性，并增加了通信距離、提高了網(wǎng)絡(luò)效率，以及消除了干擾。

而LoRaWAN則是用來(lái)定義網(wǎng)絡(luò)的通訊協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)，是由LoRa聯(lián)盟推出的低功耗廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可以有效實(shí)現(xiàn)LoRa物理層支持遠(yuǎn)距離通信。此協(xié)議和架構(gòu)對(duì)于終端的電池壽命、網(wǎng)絡(luò)容量、服務(wù)質(zhì)量、安全性以及適合的應(yīng)用場(chǎng)景，都有深遠(yuǎn)的影響。簡(jiǎn)而言之，LoRaWAN其實(shí)就是一種網(wǎng)絡(luò)（WAN=Wide Area Network）。

LoRa有遠(yuǎn)距離、低功耗以及低成本等優(yōu)勢(shì)。LoRa的傳輸距離范圍長(zhǎng)達(dá)15至20公里，低功耗的特性延長(zhǎng)了電池使用壽命，免牌照的頻段、基礎(chǔ)設(shè)施以及節(jié)點(diǎn)/終端的低成本，以上特性都使LoRa的使用成本大幅降低。

近年來(lái)，LoRa的無(wú)線技術(shù)開(kāi)發(fā)愈趨成熟，逐漸拼湊出物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的完整生態(tài)系統(tǒng)。臺(tái)北市政府為了推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)，打造智慧城市，也順勢(shì)搭上了此技術(shù)的發(fā)展潮流，透過(guò)LoRaWan技術(shù)，布建物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以智慧方案解決市民需求。除了臺(tái)北市政府大力推行的智能城市解決方案，適合LoRa使用的應(yīng)用場(chǎng)景也包括以下種類：

以往的建筑設(shè)備漸漸無(wú)法滿足人類對(duì)于居住質(zhì)量的要求，建筑智能化已蔚為趨勢(shì)。對(duì)于建筑的改造，加入溫濕度以及安全等傳感器，并定時(shí)地將監(jiān)測(cè)的訊息上傳，便于建筑管理者的監(jiān)管，隨時(shí)掌握建筑的最新?tīng)顩r。

消防救災(zāi)工作以及火場(chǎng)逃生，兩者都是分秒必爭(zhēng)?，F(xiàn)有的消防設(shè)備于火災(zāi)發(fā)生時(shí)能達(dá)到的效果有限。以逃生指示號(hào)志為例，靜態(tài)的指示信號(hào)無(wú)法應(yīng)對(duì)火場(chǎng)的變化，實(shí)時(shí)告訴避難者正確的逃生方向，往往耽誤了逃生的時(shí)間。動(dòng)態(tài)導(dǎo)引系統(tǒng)利用LoRa無(wú)線傳輸技術(shù)遠(yuǎn)距離、低頻以及低功耗的特性，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，由動(dòng)態(tài)導(dǎo)引主機(jī)發(fā)送訊號(hào)給布建于建筑物內(nèi)的動(dòng)態(tài)導(dǎo)引燈板，由于LoRa走的是低于1GHz以下的低頻段，因此不用擔(dān)心訊號(hào)受到其他無(wú)線通信的干擾，燈板在收到訊號(hào)后，會(huì)立即做出指示，引導(dǎo)避難者前往安全的逃生路徑。

對(duì)農(nóng)業(yè)來(lái)說(shuō)，低功耗及低成本的的傳感器是十分重要的。智慧農(nóng)業(yè)就是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，將溫、濕度以及鹽堿度等環(huán)境數(shù)據(jù)透過(guò)傳感器定期上傳，這些信息可以有效幫助農(nóng)業(yè)提高產(chǎn)量以及減少水資源的消耗。

終端的電池使用壽命對(duì)于追蹤或是定位都十分重要，由于追蹤系統(tǒng)的成本以及電池續(xù)航都必須納入考慮，因此相當(dāng)適合利用LoRa技術(shù)進(jìn)行追蹤。物流企業(yè)可以根據(jù)定位的需要在特定的場(chǎng)所布網(wǎng)，例如，在運(yùn)送過(guò)程中，貨品有大部分的時(shí)間會(huì)被放置在倉(cāng)庫(kù)，或是透過(guò)卡車分送至各地，所以業(yè)者只需要在倉(cāng)庫(kù)、物流網(wǎng)涵蓋區(qū)，甚至是貨車上裝設(shè)LoRa網(wǎng)關(guān)，就能讓貨品上的追蹤器連至網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于業(yè)者來(lái)說(shuō)，加強(qiáng)了管理與效率，并能避免貨品遺失 ; 對(duì)消費(fèi)者而言，也能發(fā)揮掌握貨品流向以及時(shí)程的功效。

綜上所述，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，其衍伸出來(lái)的技術(shù)終將大幅改變?nèi)藗兊纳顚用妗Ｈ魏我环N無(wú)線通信技術(shù)都有自己適合的應(yīng)用場(chǎng)景。而LoRa的應(yīng)用十分廣泛，遠(yuǎn)距離傳輸、低頻、低功耗等特點(diǎn)大大降低了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖褂门c維護(hù)成本。LoRa儼然已成為建立智慧城市重要的一環(huán)，并且將使人類的生活更加舒適、安全以及便利。