質者介紹

于凱群Justin Yu，德國萊因TUV大中華區電子電氣產品服務 資訊與通信技術

 

隨著IoT裝置無線連網及行動科技應用環境的成熟，IDC 與Gartner 都預估2020年全球 IoT 智慧連網裝置總數將達250億。目前很多ICT 廠商多擠在非授權頻段，且壓寶不同的技術聯盟，觀望未來哪個技術成為主流影響力。而專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯網應用而設計的LPWAN（low-power Wide-Area Network，低功耗廣域網）快速興起，在眾多技術中，LoRa的發展前景備受看好。

LoRa的名字來自Long Range的縮寫，是由Semtech公司發布基於1GHz以下的超長距低功耗數據傳輸技術。其優勢有哪些？與其他無線通訊技術的差異為何？如何應用在現今的物聯網中？就讓德國萊因TUV的無線專家于凱群Justin Yu為您解析。

LoRa網絡架構

LoRa主要在全球免費頻段運行（即非授權頻段），包括433、868、915 MHz等。LoRa網絡主要由終端（可內建 LoRa 模組）、集中器/閘道器（或稱網關/基站）、伺服器和雲端四部分組成，應用數據可雙向傳輸，如下圖所示。

在LoRa網路中，每個節點並不會彼此相連，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資料傳到另一個節點。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。

LoRa網絡架構

技術優勢

整體來說，LoRa技術讓使用者不用在傳輸距離跟功耗中「二選一」，有遠距離、低功耗（電池壽命可長達5-10年）、多節點、低成本的特性，其大容量的系統能進而擴充套件感測網路。其長通訊距離(1 ~ 20 km)的特性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，且其信號對建築的穿透力也很強。

因LoRa採用星狀拓樸，與現今大部份採用的網狀拓樸不同，統一經由閘道傳輸資訊，因此只要增加閘道就可擴大覆蓋範圍，不像終端需要計較施工與維護的便利性，進而減少設施成本。同時，閘道可以連接電源與一般的有線網路系統，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。較低的數據速率也延長了電池壽命和增加了網絡的容量。

根據LoRa聯盟指出，沒有1種技術能夠滿足所有應用情境，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，而行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雖然資料傳輸速度較慢，但其省電與能透過電池長時間續航的特性，適合用於感應器等物連網裝置。

LoRa應用

LoRa的這些技術特點適合於低成本大規模的物聯網部署，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農業、智慧工業、智慧城市、智慧社區等等應用和領域。

以農業為例，將感測器埋在土中，偵測土壤酸鹼質與濕度，利用LoRa技術將數據傳送到遠端，評斷是否需要灑水。而在偏遠山區下大雨時，也可利用相同方式，觀察土壤含水量是否突增而有土石流的風險，感測器放置在河流中，則可將混濁度的數據遠距傳輸到觀測站，讓人們可以即時預警。

通常偏遠地區無法收到網路，甚至連3G手機訊號也無法觸及，因此3G無線及GSM技術並不適合，再加上無法頻繁充電，LoRa長時間續航力的特性就更適合偏遠地區使用。

腹地廣大的遊樂場或是風景名勝也可採用LoRa技術，以跟環境衛生最相關的垃圾桶為例，與其定時一個個垃圾桶檢查，可以在垃圾桶上安裝感測器，只要快滿了，就發送信號通知相關單位進行清理，不但省時又省人力。

LoRaWAN™驗證流程與測試內容

LoRaWAN™驗證為自願性驗證，確保與LoRaWAN™網路的互通性和符合性，同時授權您的產品可以使用LoRa ®聯盟認證標誌。您的產品將名列LoRa聯盟網站上以及其它附屬機構中。

設備製造商必須成為LoRa聯盟會員，然後選擇聯盟認證的測試實驗室為產品做功能協定測試。測試結果報告及相關文件將送至LoRa 聯盟審核，通過之後，聯盟將頒發LoRa驗證證書，並公布於聯盟網站上。

LoRaWAN 的測項並不複雜，主要是測試終端結點的功能性，換而言之，測試LoRaWAN™節點的協定堆疊和應用是否符合LoRaWAN™規格。認證不涵蓋無線電性能。無線電性能包括輻射功率、敏感度等。

LoRaWAN™驗證適用設備

截至目前（2016年8月），驗證專案適用於歐盟863-870MHz波段A類設備，以及美國902-928MHz波段A類設備。B類、C類和閘道設備認證專案尚未開放，未使用歐盟ISM波段的認證專案尚在開發中。如果您對尚未有驗證專案的設備進行預驗證測試有興趣，仍請聯繫德國萊因TÜV（LoRa授權測試服務提供商）。

德國萊因 TÜV 為 LoRa 聯盟全球第一個認可的獨立第三方授權實驗室，也是 LoRa 聯盟草創期的貢獻會員；在美國普萊森頓 (Pleasanton)、荷蘭雷克 (Leek)、日本橫濱、南韓首爾、台灣台北…等地都有實驗室，方便國際買方就近申請認證。

在 Bluetooth、zigbee、DALI、KNX 通訊技術認證上，德國萊因通訊實驗室在台灣有多項第一且唯一的記錄：第一個藍牙聯盟認可、唯一可做藍牙晶片測試的藍牙實驗室; 第一也是唯一的 zigbee 聯盟和 KNX 協會核可實驗室；台灣唯一的 DALI 實驗室 (全球只有4 個)，可測試新版的 DALI 2 標準。 大中華區的無線通訊實驗室分佈台北、香港、廣州、上海、深圳，具有歐盟、美國、加拿大、日本、台灣、埃及、蘇丹等發證機構的授權認可，相關最新通訊技術認證可洽詢各地實驗室。