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基于Semtech LoRa扩频通信技术的超长距离低功耗物联网城市閘道器解决方案

 2015-08-04

现今市场上有需多需要对远程的物品、气象、建筑、机器或是人员、动物等作资料收集或监控的应用。但现有的技术如Wifi, Bluetooth, Zigbee 都无法达到长距离的应用,所以必须使用Mesh的网络架构, 但相对的也产生高耗电而不能达到IOT的特性。或另如GSM可以达到较长距离的通讯,但也需要搭配SIM卡而产生额外金钱的支出。此处介绍一使用SEMTECH最新通讯技术设计的泛用型小型网关系统,可应用于小型工厂、公司、医院作为监控用。或是加上GPS可做为动物, 人员追踪等各式各样应用。

 【应用范例一】某公司需由总公司MIS监控台北,台中,高雄三地工厂人员进出或财产物流动向

【应用范例二】某大游乐园想要有一产品可以出租给父母让他们可以追踪小朋友位置, 不用担心走失

【展示板照片】

展示板照片(正面)

【方案方块图】

方案方块图

【系统功能】

1. 网关 (有液晶屏幕)
- 可当作星状网络网关使用
- 可当作单向传输接收端
2. 节点端(无液晶屏幕)
- Can used as Star Network Node
- 可当作单向传输发射端
3. GPS 模块 (选用)
- 可使用于节点段发送GPS地址

【方案特性】

1.SX127x系列是Semtech提供给远程大容量数据联结网络系统解决方案的关键通讯组件。 除传统的GFSK调制技术外,新型的SX127x系列还采用了LoRa™扩频技术。 此技术开始出现于第二次世界大战,是美军重要的无线保密通信技术。但直到今天,扩频技术才作为低成本解决方案应用至传感器网络。扩频技术有几项特点如下
抗干扰: 是扩频通信主要特性之一, 因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处理才能得到,所以即使以同类型信号进行干扰,在不知道信号的扩频码的情况下,由于不同扩频编码之间的不同的相关性,干扰也不起作用。正因为扩频技术抗干扰性强,美国军方在波湾战争等处广泛采用扩频技术的无线通信来连接分布在不同区域的网络。
隐蔽性好: 因为信号在很宽的频带上被扩展,单位带宽上的功率很小,即信号功率谱密度很低,信号淹没在白噪声之中,别人难以发现信号的存在,加之不知扩频编码,很难拾取有用信号,而极低的功率谱密度,也很少对于其他电讯设备构成干扰。

2.LoRa技术系列产品在美国、欧盟、中国和日本监管机构设定的限制内工作时,可将郊区的数据传输距离提升至15公里(9英里)以上,城市密集区域的数据传输距离提升至2-5公里 (3英里)。
以纽约曼哈顿下城区为例,只要七个网关机便能完整覆盖,台湾IBM 协理 刘建伦表示若换成台北市的规模,只要4到5个网关便可以搞定。

3.LoRa另一特点是功耗低,对于物联网装置最明显的好处即为可以延长电池寿命,对于未来可能遍布在城市中的传感器来说无疑是一大福音,可望降低维护成本。而目前市面上已部署的多数读表、安全或工业自动化系统在郊区的数据传输距离都在1~2公里(不到1.25英里)内。LoRa™技术的应用使上述应用无需再借助中继器,极大地简化了系统设计并降低了总部署成本。据行业分析师对截至2020年总计500亿个节点的预测,物联网/机对机市场的飞速发展为使用LoRa™技术的SX127x 提供了重大发展机遇。物联网/机对机市场迫切需要改善其物理层,以期实现更远传输距离、电池低功耗运行以及低成本批量部署。而LoRa™不但是满足这些需求的理想解决方案,还是对这一快速发展市场中2G/3G GSM的极大的另一选择。