抢进物联网市场 LoRaWAN拥三优势前景佳

物联网(IoT)时代下，有些装置毋须传送高资料量，但却须要低功耗的连结方式，来维持更长时间的运作，因此促成低功耗无线广域网路(LPWAN)如LoRaWAN、SIGFOX渐受瞩目。与SIGFOX相比，LoRaWAN(Long Range Wide Area Network)因拥有较多电信商投入，加上是公开网路，并能于杂讯位准(Noise Level)以下维持运作，故较多厂商采用该技术。  

图1　升特LoRa专案开发经理陈强观察，目前欧洲电信营运商及印度Tata Telecom皆已投入开发LoRaWAN。
升特(Semtech)LoRa专案开发经理陈强(图1)表示，现阶段，物联网可以选择的网路连结方式包括区域网路(LAN)、低功耗无线广域网路、蜂巢式网路(Cellular)，而LoRaWAN属于低功耗无线广域网路。LoRaWAN能应用于公开网路和私有网路，并兼具长距离、低成本等优势，能弥补上述其他两种网路的不足；此外，LoRaWAN更有低功耗、能维持较长电池寿命的优点。  

陈强观察，当前低功耗无线广域网路包括LoRaWAN、SIGFOX等。相较于SIGFOX，LoRaWAN持有三个强项：较多电信商投入、公开网路、可于杂讯位准以下维持运作。  

陈强进一步解释，目前较多电信商加入LoRa联盟来发展低功耗无线广域网路，当电信商主动踏入此领域，并先建置好网路环境时，将会更促进相关终端需求产生，而有利后续推动产业与服务，譬如当前欧洲的一、二线城市，已有电信营运商投入架设LoRaWAN网路，这是目前LoRa在市场发展的最大优势。  

此外，物联网生态圈包括节点(Node)、闸道器(Gateway)、网路伺服器(Network Server)、应用伺服器(Application Server)等四大方面。当物联网前端感知层搜集资料后，会经过闸道器和网路伺服器，后端才能分析资料，从而获得有用的大数据(Big Data)，而大数据有机会成为可买卖的财富，所以谁拥有大数据将是重要的获利关键。然而，SIGFOX属于私有网路，大数据由SIGFOX掌握；但LoRaWAN为公开网路，可让厂商自已拥有大数据，这也是为何LoRaWAN会受到多数厂商青睐的原因。  

再者，在技术方面，LoRaWAN与SIGFOX也有所差异。LoRaWAN利用展频(Spread Spectrum)技术，它不像SIGFOX是利用频移键控调变(FSK)，因此LoRaWAN能在杂讯位准以下维持操作。换言之，即使在各国开放频段有限的情况下，当物联网蓬勃发展、感测节点暴增之际，而导致杂讯水平(Noise Floor)上升、拉高杂讯位准时，LoRaWAN也能有效操作。但SIGFOX因仅能运作于杂讯位准以上，所以当杂讯位准拉高时，便导致感测节点无法发挥效用或须增加强波器才能通讯，而丧失原本长距离通讯的优势。  

据悉，LoRa联盟成立于2015年3月，该联盟推广的LoRaWAN技术，可应用于物联网和机器对机器(M2M)，眼前多应用于智慧城市、智慧工业等领域。目前已超过一百九十个成员，成员领域涵盖电信商、设备商、系统整合商、感测器制造商和半导体商等，包括IBM、思科、惠普、富士康、Semtech和Sagemcom都已参与此联盟，其中Schneider等业者也采用该技术。  

此外，除了欧洲等国积极发展低功耗无线广域网路外，台北市亦看好此网路应用于智慧城市的潜力，近来也导入LoRaWAN技术，希望能藉此于2017年世大运时，大秀台湾首都的魅力。  

台北市打造智慧城市　引进LoRaWAN技术  

台北市加速迈向智慧城市。台北市正紧锣密鼓透过低功耗广域网路--LoRaWAN技术，布建物联网实验平台，希望能于2017年举办世大运和世界资讯科技大会时，成功展示智慧城市。  


图2　台北市政府资讯局局长李维斌希望，透过物联网实验平台的建立来刺激更多智慧城市创新应用服务的发展。
台北市政府资讯局局长李维斌(图2)表示，2017年世大运是台北争“面子”的时候，因为届时将涌入一百三十个国家的媒体与外国选手；而在世大运结束后，紧接而来的世界资讯科技大会，便是台北展现“里子”之际，所以要趁机秀出相关的智慧城市科技，所以台北市正积极打造一个物联网实验平台，以促成更多智慧城市应用。  

李维斌进一步指出，该物联网实验平台旨在让想提供物联网服务的开发者能透过此平台从事实验，大幅降低开发成本与风险，并从中刺激更多关于公共、居家和工商等领域的创新应用服务，且希望进一步带动更多商业模式发展，预计今年第一季此平台即可上线。  

据悉，该物联网实验平台系采用LoRaWAN技术，并结合正文科技的闸道器，来达到远距离且低功耗的网路传输，可大幅减少台北市十二个行政区部署相关基地台的数量与时间。  

LoRaWAN具有低功耗、长距离、高感度和低成本等特性，此物联网实验平台透过该技术，能让讯号传输有效范围可达3∼5公里，并能用于宠物追踪、孩童校园定位、老人家防走失、路边停车位空位显示、农业土壤检测和渔业水质检测等，进一步加速实现智慧城市的各种应用。  

事实上，除了各国政府与电信商相继投入之外，LoRaWAN热潮早已延烧至晶片业界，包括微芯(Microchip)、Pycom及德州仪器(TI)等厂商近来皆不约而同地推出相关模组，来抢攻低功耗无线广域网路的市场。 


助力IoT联网发展　微芯LoRa模组获认证  
物联网商机火速增温。市场调研单位Gartner分析，目前物联网市场正呈现爆发式的增长，到2020年可联网的物品将达到250亿件。  

开发人员将面临的挑战是基于有限的资源建立简单、强大的基础设施。  

有鉴于此，思科(Cisco)、IBM、陛特(Semtech)及微芯(Microchip)等多家科技业者于2015年1月共同宣布成立LoRa联盟，致力推广远距离、可双向通讯、低成本且低功耗的广域联网技术—LoRaWAN，加速物联网的实现。  

历经1年多的发展，该联盟已日益壮大，不仅会员厂商突破一百三十家，且相关产品认证计画也于2015年11月正式展开，其中，Microchip生产的RN2483 LoRa模组已宣布通过认证。  


图3　Microchip无线产品部门副总裁兼LoRa联盟策略委员会主席Steve Caldwell表示，此次通过LoRa联盟的LoRaWAN认证计画，将使该公司拉近建立LPWAN开放式标准规范的目标。
Microchip无线产品部门副总裁兼LoRa联盟策略委员会主席Steve Caldwell(图3)表示，LoRa联盟致力于建立一个安全的、营运等级、低功耗广域网路(LPWAN)开放式标准规范，而官方认证计画推出，是迈向此一目标的关键一步。  

Caldwell指出，这一认证计划将为终端客户提供保障，以确保其特定应用终端设备能够在任意一个LoRaWAN网路中正常工作，而这是使用LPWAN的物联网要实现全球范围部署的关键所在。  

Microchip 433/868MHz RN2483 LoRaWAN模组是一款已通过欧洲R＆TTE指令评估的射频模组，可显着加快开发速度并降低开发成本。此外，新模组体积小，尺寸仅为17.8x26.7x3.0mm，并备有14个通用型之输入输出(GPIO)，在占用很少空间的同时可灵活连接及控制大量的感测器与驱动器(图4)。  


图4　RN2483模组设计架构示意图 图片来源：Microchip
据悉，RN2483模组是由Espotel认可的测试实验室进行独立测试，其功能符合最新LoRaWAN 1.0协议规范要求，可用于868MHz免许可频段。  

RN2483具有可扩展性、可靠的通讯性能、移动性以及能在恶劣室外环境中工作的特性，适用于范围广泛的低资料速率无线监测和控制设计。其物联网和M2M应用实例包括智慧型城市(路灯、停车、交通感测器)、能源计量(电/水/气智慧型仪表)、以及工业/商业/家庭自动化(空气调节(HVAC)控制、智慧型家电、安防系统、照明设备)等。  

RN2483模组使设计人员可以快速、轻松的将其终端设备整合到任意一个LoRaWAN网路。采用LoRaWAN标准之后，可实现长达10英里的物联网与机器对机器(M2M)低速率资料无线通讯，以及10年之久的电池使用寿命，并且还能够将数百万的无线感测器节点与LoRaWAN闸道器连接起来。  

据了解，在这一认证计划启动之前，Microchip的LoRa开发团队就已经与所有主要LoRaWAN网路基础设施供应商一起进行了广泛的验证和互通性测试，因此其模组产品也早就被认定为LoRaWAN生态系统中的黄金平台。  

LoRaWAN核心网路供应商OrbiWise技术长Peter Kaae Thomsen就表示，该公司早已采用RN2483模组作为参考设备来测试其UbiQ网路解决方案。  

另一方面，欧洲新创公司Pycom则致力开发LoRa(Low Power WAN)+Wi-Fi+蓝牙(Bluetooth)三合一无线模组，打破不同无线技术之间的藩篱，对于促成智慧家庭商用将会是一大助力。  

兼容LoRa/Wi-Fi/蓝牙Pycom推三合一模组  

Pycom与德州仪器(TI)在2016年的CES上发表Kickstarter第二个专案计画中的物联网模组─LoPy。LoPy可同时支援Wi-Fi、蓝牙和LoRa三种不同连网技术。此最新Kickstarter计画是承续着Pycom在2015年所推出WiPy Kickstarter计画的成功经验而来。  

Pycom执行长Fred de Haro表示，该公司从一开始就致力透过网路、电源和程式语言等方面的创新设计，来打造独特的解决方案。  

据悉，Pycom已与LoRa网路营运商如Senet与ThingsNetwork形成合作关系，以尽可能提供LoPy的使用者最好的网路覆盖范围。  

事实上，Pycom的LoPy是经由WiPy Kickstarter的支持者给予的回馈意见开发而成，其中有60%的支持者倾向Wi-Fi结合蓝牙的新模组，而有20%的支持者则是希望Wi-Fi结合LoRa的模组。LoPy就是将三种技术合而为一，使LoRa Nano闸道器可以连结将近100个在半径5公里内的其他LoPy模组(图5)。  


图5　三合一模组LoPy架构示意图 图片来源：Pycom
此外，LoPy使用MicroPython的开放原始码描述语言(Scripting Language)，减少了微控制器编码时间，大大地降低联网产品上市时间。开发人员可用LoPy模组开发多种应用，例如结合GPS接收器用来追踪宠物和人、车，或者用于农场感测器部署，以监测温度、土壤湿度、光照强度。