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基於Semtech LoRa展頻通訊技術為基礎的超長距離低功耗物聯網城市閘道器解決方案

 2015-08-04

現今市場上有需多需要對遠端的物品、氣象、建築、機器或是人員、動物等作資料收集或監控的應用。但現有的技術如Wifi, Bluetooth, Zigbee 都無法達到長距離的應用,所以必須使用Mesh的網路架構, 但相對的也產生高耗電而不能達到IOT的特性。 或另如GSM可以達到較長距離的通訊,但也需要搭配SIM卡而產生額外金錢的支出。此處介紹一使用SEMTECH最新通訊技術設計的泛用型小型閘道器系統,可應用於小型工廠、公司、醫院作為監控用。或是加上GPS可做為動物, 人員追蹤等各式各樣應用。

 【應用範例一】某公司需由總公司MIS監控台北,台中,高雄三地工廠人員進出或財產物流動向

【應用範例二】某大遊樂園想要有一產品可以出租給父母讓他們可以追蹤小朋友位置, 不用擔心走失

 

【展示板照片】

展示板照片(正面)

【方案方塊圖】

方案方塊圖

【系統功能】

1. 閘道器 (有液晶螢幕)
- 可當作星狀網路閘道器使用
- 可當作單向傳輸接收端

2. 節點端(無液晶螢幕)
- Can used as Star Network Node
- 可當作單向傳輸發射端

3. GPS 模組 (選用)
- 可使用於節點段發送GPS位址

【方案特性】

1.SX127x系列是Semtech提供給遠端大容量資料聯結網路系統解決方案的關鍵通訊元件。 除傳統的GFSK調製技術外,新型的SX127x系列還採用了LoRa™擴頻技術。 此技術開始出現於第二次世界大戰,是美軍重要的無線保密通信技術。但直到今天,擴頻技術才作為低成本解決方案應用至感測器網路。擴頻技術有幾項特點如下
抗干擾: 是擴頻通信主要特性之一, 因信號接收需要擴頻編碼進行相關解擴處理才能得到,所以即使以同類型信號進行干擾,在不知道信號的擴頻碼的情況下,由於不同擴頻編碼之間的不同的相關性,干擾也不起作用。正因為擴頻技術抗干擾性強,美國軍方在波灣戰爭等處廣泛採用擴頻技術的無線通訊來連接分佈在不同區域的網路。
隱蔽性好: 因為信號在很寬的頻帶上被擴展,單位帶寬上的功率很小,即信號功率譜密度很低,信號淹沒在白雜訊之中,別人難以發現信號的存在,加之不知擴頻編碼,很難拾取有用信號,而極低的功率譜密度,也很少對於其他電訊設備構成干擾。
2.LoRa技術系列產品在美國、歐盟、中國和日本監管機構設定的限制內工作時,可將郊區的資料傳輸距離提升至15公里(9英里)以上,城市密集區域的資料傳輸距離提升至2-5公里 (3英里)。
以紐約曼哈頓下城區為例,只要七個閘道機便能完整覆蓋,台灣IBM 協理 劉建倫表示若換成台北市的規模,只要4到5個閘道便可以搞定。
3.LoRa另一特點是功耗低,對於物聯網裝置最明顯的好處即為可以延長電池壽命,對於未來可能遍布在城市中的傳感器來說無疑是一大福音,可望降低維護成本。而目前市面上已部署的多數讀表、安全或工業自動化系統在郊區的資料傳輸距離都在1~2公里(不到1.25英里)內。LoRa™技術的應用使上述應用無需再借助中繼器,極大地簡化了系統設計並降低了總部署成本。據行業分析師對截至2020年總計500億個節點的預測,物聯網/機對機市場的飛速發展為使用LoRa™技術的SX127x 提供了重大發展機遇。物聯網/機對機市場迫切需要改善其實體層,以期實現更遠傳輸距離、電池低功耗運行以及低成本批量部署。而LoRa™不但是滿足這些需求的理想解決方案,還是對這一快速發展市場中2G/3G GSM的極大的另一選擇。