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低功耗廣域網路串起物聯網裝置(2):LoRa

LoRa是種專為依賴電池提供電力的無線設備所設計的低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network, 簡稱LPWAN)規範, 它的目標在於滿足物聯網系統所需的長距離雙向通訊,

並簡化裝置的安裝程式, 讓使用者、開發者以及商業應用能掌握更高的自主性。

智慧城市物聯網的通訊管道

LoRa的名字來源是Long Range的首碼縮寫, 其意思就是長距離, 想當然爾它的特色就是具有極長的通訊距離, 能夠讓單一閘道或基地台覆蓋整個城市或數百平方公里的區域。 在運作的過程中, 所有終端裝置會先連線至閘道, 多個閘道則會透過一般的網路系統相互連接, 在這種架構下, 即便2個終端裝置位於不同區域、連線至不同閘道, 也能互相傳送資料, 進一步提升資料傳輸的範圍。

根據LoRa聯盟發行的A technical overview or LoRa and LoRaWAN白皮書, 內文指出沒有1種技術能夠滿足所有所有應用情境, 目前現存的Wi-Fi無線網路與低功耗藍牙都相當適合用於個人裝置,

在家中室內範圍使用, 而移動通訊技術則能滿足長距離、高流量的需求, 但是耗電量相對也高出許多。 LoRa則具有省電的特性, 能夠透過電池提供多年運作續航力, 但是因為資料傳輸速度很慢的關係, 所以適合用於感測器等物連網裝置。

▲與Wi-Fi無線網路、低功耗藍牙、移動通訊比較之下, LoRa有著低成本、省電的特性, 但資料傳輸量是罩門。

降低通訊量以節省電力

現今大多數的網路系統都採用網狀拓樸, 然而在這種網路中, 為了要提升覆蓋範圍, 當節點在傳送資料時, 往往需要透過其他節點中際傳輸,

如此一來整體網路的複雜性與耗電量都會提升。

LoRa則採用星狀拓樸, 讓所有節點直接連接到閘道, 閘道再網後連接至中央主機整合, 若需要與其他節點溝通, 也是經由閘道傳輸。 因為閘道設備只需在定點設置後, 就可以覆蓋廣大範圍, 不像節點需要計較施工與維護的便利性, 所以可以連接電源與一般的有線網路系統, 不需特別考慮耗電量與資料後送的問題。 如此一來, 節點就可以將消耗電力較高的工作, 交由閘道與中央主機負責, 將傳輸量最小化以提高續航力。

另一方面, 雖然LoRa可以支援雙向傳輸功能, 但是它也將傳輸方式劃分為3種不同的等級, Class A為最省電的級別, 但是裝置平常會關閉資料傳輸功能, 在裝置上傳資料後(例如回傳監控資料),

會短暫執行2次接收資料的動作, 然後又會再次關閉傳輸, 雖然能夠大量節省電力, 但是無法即時從中央主機遙控或傳送資料, 其中會有較長的延遲。

再舉上篇提到的例子來說, 在下水道設置的水位偵測器, 就可以利用Class A的規範, 只在水位異常的時候, 將資料上傳至中央主機, 如此一來就能達到節省電力、延長續航力的功效。

▲在LoRa網路中,每個節點並不會比此相連,都需先連至閘道後,才能連回中央主機,或是透過中央主機將數據傳到另一個節點。

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▲在LoRa網路中,每個節點並不會比此相連,都需先連至閘道後,才能連回中央主機,或是透過中央主機將數據傳到另一個節點。

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