#112 LoRa / LoRaWAN De-Mystified / Tutorial
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現今，資訊科技高度發達，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，WiFi、Zigbee、Bluetooth等等的無線通訊傳輸協議，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。
LoRa簡介
LoRa為英文Long Range的縮寫，為低功耗廣域網(Low Power Wide Area Network, LPWAN)通訊技術的一種，Semtech公司於2013年釋出的超長距離低功耗資料傳輸技術。
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線，將資料上傳後，送至雲端或伺服器上。
在LoRa網路中，每個節點並不會彼此相連，須先連至閘道器後，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。
LoRa vs. LoRaWAN
LoRa是物理層或無線調製，用於建立長距離通訊鍵路。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，並增加了通訊距離、提高了網路效率，以及消除了乾擾。
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物理層支援遠距離通訊。
此協議和架構對於終端的電池壽命、網路容量、服務品質、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
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15至20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
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。臺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，布建物聯網實驗平台，以智慧方案解決市民需求。除了臺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
以往的建築裝置，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，加入溫溼度，以及安全等感測器，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。
智慧消防
消防救災工作以及火場逃生，兩者都是分秒必爭。現有的消防裝置於火災發生時，能達到的效果有限。
以逃生指示號誌為例，靜態的指示訊號無法應對火場的變化，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，傳送訊號給布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。
智慧農業
對農業來說，低功耗及低成本的的感測器，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、溼度，以及鹽鹼度等環境資料，透過感測器定期上傳，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。
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慮，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閘道器，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。
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。任何一種無線通訊技術，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。
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