「聚英電子」LoRa網(wǎng)絡(luò)有哪些優(yōu)勢(shì)

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)這幾年被高度關(guān)注，耳熟能詳如窄頻物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)、LTE-M(Long Term Evolution, Category M1)、Wi-SUN及Sigfox等眾多的技術(shù)與相關(guān)推廣聯(lián)盟在市場(chǎng)上爭相競(jìng)逐，而LoRa技術(shù)在全球也有許多的布建與關(guān)注，聚英電子對(duì)LoRa技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r與推廣導(dǎo)入做詳細(xì)的介紹。

　　網(wǎng)絡(luò)科技的發(fā)展一日千里，伴隨著對(duì)裝置通訊的需求被大量重視，以較少帶寬、低功耗、長距離及大量裝置連接需求為主所發(fā)展的通訊領(lǐng)域長距離低功耗廣域網(wǎng)(Low Power Wide Area Network, LPWAN)有著顯著的發(fā)展，這些基于免費(fèi)頻段Sub-1GHz運(yùn)作的技術(shù)更是快速興起。認(rèn)識(shí)LoRa芯片/LoRaWAN通訊協(xié)議 升特(Semtech)于2013年8月宣布推出一系列基于啁啾展頻(Chirp Spread Spectrum, CSS)調(diào)變的LPWAN芯片取名為LoRa，名稱來自英文Long Range的含義縮寫，其優(yōu)異的傳輸距離令人印象非常深刻。

　　無線射頻訊號(hào)的傳輸距離，在環(huán)境中會(huì)有許多變因造成傳輸效能降低，不考慮太復(fù)雜的影響變因下，目前LoRa技術(shù)經(jīng)實(shí)測(cè)確實(shí)有極佳的抗干擾性，在接收靈敏度也有相當(dāng)不錯(cuò)的表現(xiàn)。 下圖顯示從石門水庫大壩沿著大漢溪空曠河谷采用0 dBi天線下測(cè)得傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)16公里(km)，在空曠處有非常好的傳送效能。另外，在都會(huì)區(qū)的測(cè)試部分，將網(wǎng)關(guān)架設(shè)于桃園新光大樓十樓位置，約可以涵蓋半徑大約2公里上下的范圍傳輸。不過，在真實(shí)場(chǎng)域可能會(huì)因?yàn)榻ㄎ锏淖韪舻拳h(huán)境影響而有增減。整體而言，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示LoRa技術(shù)在傳輸距離上確實(shí)有不錯(cuò)的表現(xiàn)。

　　面對(duì)其他技術(shù)挑戰(zhàn)，LoRa發(fā)展依然看好。面對(duì)NB-IoT等新技術(shù)威脅，LoRa仍然小心翼翼地面對(duì)，硬件方面新一代更為便宜、尺寸更小且效能更佳的芯片也將于今年三月上市，希望透過較低的成本價(jià)格、效能與功耗的改良、輔以降低應(yīng)用設(shè)計(jì)復(fù)雜度等面向調(diào)整，期待能以更有競(jìng)爭力與良好性價(jià)比的產(chǎn)品線保持競(jìng)爭力。2018年1月升特于美國國際消費(fèi)性電子展(CES)所揭露的新一代LoRa芯片就是基于這些基礎(chǔ)所推出的新產(chǎn)品。

　　主要聚焦的功能與改善包括：芯片尺寸減少了45%，新芯片尺寸只有4毫米×4毫米;接收模式的功耗降低了50%，原為9毫安已降至4.6毫安;傳輸距離增加20%，而同一顆芯片支持全球Sub-1G頻段的使用，頻率范圍為150~960MHz。為減低應(yīng)用的開發(fā)的復(fù)雜度，導(dǎo)入?yún)f(xié)議引擎(Protocol Engine)，通過硬件實(shí)作的協(xié)議引擎搭配256Bytes的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(Data Buffer)提供使用者應(yīng)用程序編程接口(Application Programming Interface)的擴(kuò)展命令，應(yīng)用開發(fā)者可以用更精簡的程序達(dá)到LoRa程序的開發(fā)。原廠數(shù)據(jù)顯示處理器只需要用十行程序代碼就能編寫出LoRa傳輸與接收的功能。

　　其他改善部分，還有針對(duì)中、短無線涵蓋范圍應(yīng)用且需要較多裝置收發(fā)數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求，增加了展頻因子SF5(Separating Factor 5)的速率，借助提高實(shí)際的LoRa傳輸速率，進(jìn)而增進(jìn)頻道的利用率，讓網(wǎng)關(guān)可以支持更多裝置的數(shù)據(jù)傳輸。前述的這些改進(jìn)設(shè)計(jì)揭露了LoRa面對(duì)新技術(shù)的競(jìng)爭與挑戰(zhàn)，持續(xù)的改善成本與效能，希望開辟出一塊屬于自己在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的一片天地。 另一方面，就組建整個(gè)LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)的軟件協(xié)議的部分，LoRa聯(lián)盟于去年提出v1.1的新版本，對(duì)于穩(wěn)定性以及未來更大量裝置的網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)所面臨的問題，新協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)的安全機(jī)制、新的區(qū)域規(guī)范提出、核心服務(wù)器后端接口(Back-end Interfaces)與服務(wù)器間數(shù)據(jù)交換規(guī)范等均做了改進(jìn)。

　　主要改進(jìn)設(shè)計(jì)含括了LoRaWAN裝置在不同LoRa營運(yùn)商(Operator)間的漫游(Roaming)機(jī)制部分，除原有的被動(dòng)式漫游基礎(chǔ)下增加了跨營運(yùn)商的切換漫游(Handover Roaming)機(jī)制;擁有終端裝置Class B完整傳輸方案，以及Class A與Class C的動(dòng)態(tài)切換;為了應(yīng)對(duì)未來移動(dòng)裝置漫游的需求，增加了入網(wǎng)服務(wù)器(Join Server)的設(shè)置，提供漫游時(shí)裝置切換LoRa營運(yùn)商時(shí)可以進(jìn)行裝置的資格與特性等參數(shù)的確認(rèn)。 而在安全部分，AES加密的密鑰由原來的三把擴(kuò)充為五把，讓數(shù)據(jù)的完整性與安全性更為嚴(yán)謹(jǐn)。具備空中在線升級(jí)(Firmware Upgrade Over-the-Air)，能透過無線的方式進(jìn)行必要的軟件更新。 根據(jù)LoRa聯(lián)盟2017年度報(bào)告的數(shù)據(jù)顯示，在整個(gè)2017年取得LoRaWAN認(rèn)證的產(chǎn)品或模塊數(shù)目較2016年增加五十一個(gè)，成長率為176%。另全球新增的LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)增加了三十一個(gè)，成長率為100%。

　　目前超過一百個(gè)以上國家有提供LoRa網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，營運(yùn)商等級(jí)的會(huì)員有五十四家。聯(lián)盟成員也穩(wěn)定增加，以數(shù)據(jù)來看是呈現(xiàn)持續(xù)成長的態(tài)勢(shì)。 與NB-IoT相較，因?yàn)長oRa較早進(jìn)行推廣與應(yīng)用導(dǎo)入，現(xiàn)階段在成本與成熟度仍有一些優(yōu)勢(shì)。可以簡單地建構(gòu)私有化的網(wǎng)絡(luò)，依舊吸引許多系統(tǒng)商與應(yīng)用商的投入。不可諱言地，使用免費(fèi)頻段有較嚴(yán)重的干擾問題存在，但是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的競(jìng)逐舞臺(tái)上，LoRa后續(xù)的發(fā)展，還是值得持續(xù)關(guān)注。