物联网舞台上，LoRa优势突围

随着物联网(IoT)技术这几年被高度关注，耳熟能详如窄频物联网(NB-IoT)、LTE-M(Long Term Evolution, Category M1)、Wi-SUN及Sigfox等众多的技术与相关推广联盟在市场上争相竞逐，而LoRa技术在全球也有许多的布建与关注，以下针对LoRa技术的发展状况与推广导入做详细的介绍。

网络科技的发展一日千里，伴随着对装置通讯的需求被大量重视，以较少带宽、低功耗、长距离及大量装置连接需求为主所发展的通讯领域长距离低功耗广域网(Low Power Wide Area Network, LPWAN)有着显著的发展，这些基于免费频段Sub-1GHz运作的技术更是快速兴起。认识LoRa芯片/LoRaWAN通讯协议 升特(Semtech)于2013年8月宣布推出一系列基于啁啾展频(Chirp Spread Spectrum, CSS)调变的LPWAN芯片取名为LoRa，名称来自英文Long Range的含意缩写，其优异的传输距离令人印象非常深刻。

无线射频讯号的传输距离，在环境中会有许多变因造成传输效能降低，不考虑太复杂的影响变因下，目前LoRa技术经实测确实有极佳的抗干扰性，在接收灵敏度也有相当不错的表现。 下图显示从石门水库大坝沿着大汉溪空旷河谷采用0 dBi天线下测得传输距离最远可达16公里(km)，在空旷处有非常好的传送效能。另外，在都会区的测试部分，将网关架设于桃园新光大楼十楼位置，约可以涵盖半径大约2公里上下的范围传输。不过，在真实场域可能会因为建物的阻隔等环境影响而有增减。整体而言，实测数据显示LoRa技术在传输距离上确实有不错的表现。

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带宽125kHz + 20dBm输出功率下实测结果

面对其他技术挑战　LoRa发展依然看好 面对NB-IoT等新技术威胁，LoRa仍然小心翼翼地面对，硬件方面新一代更为便宜、尺寸更小且效能更佳的芯片也将于今年三月上市，希望透过较低的成本价格、效能与功耗的改良、辅以降低应用设计复杂度等面向调整，期待能以更有竞争力与良好性价比的产品线保持竞争力。2018年1月升特于美国国际消费性电子展(CES)所揭露的新一代LoRa芯片就是基于这些基础所推出的新产品。

新一代LoRa芯片的功能结构方块图

主要聚焦的功能与改善包括：芯片尺寸减少了45%，新芯片尺寸只有4毫米×4毫米；接收模式的功耗降低了50%，原为9毫安已降至4.6毫安；传输距离增加20%，而同一颗芯片支持全球Sub-1G频段的使用，频率范围为150~960MHz。为减低应用的开发的复杂度，导入协议引擎(Protocol Engine)，透过硬件实作的协议引擎搭配256Bytes的数据缓冲区(Data Buffer)提供使用者应用程序编程接口(Application Programming Interface)的扩展命令，应用开发者可以用更精简的程序达到LoRa程序的开发。原厂数据显示处理器只需要用十行程序代码就能编写出LoRa传输与接收的功能。 

其他改善部分，还有针对中、短无线涵盖范围应用且需要较多装置收发数据的应用需求，增加了展频因子SF5(Separating Factor 5)的速率，借助提高实际的LoRa传输速率，进而增进频道的利用率，让网关可以支持更多装置的数据传输。前述的这些改进设计揭露了LoRa面对新技术的竞争与挑战，持续的改善成本与效能，希望开辟出一块属于自己在物联网市场的一片天地。 另一方面，就组建整个LoRaWAN网络的软件协议的部分，LoRa联盟于去年提出v1.1的新版本，对于稳定性以及未来更大量装置的网络建构所面临的问题，新协议在网络的安全机制、新的区域规范提出、核心服务器后端接口(Back-end Interfaces)与服务器间数据交换规范等均做了改进。 

主要改进设计含括了LoRaWAN装置在不同LoRa营运商(Operator)间的漫游(Roaming)机制部分，除原有的被动式漫游基础下增加了跨营运商的切换漫游(Handover Roaming)机制；拥有终端装置Class B完整传输方案，以及Class A与Class C的动态切换；为了应对未来移动装置漫游的需求，增加了入网服务器(Join Server)的设置，提供漫游时装置切换LoRa营运商时可以进行装置的资格与特性等参数的确认。 而在安全部分，AES加密的密钥由原来的三把扩充为五把，让数据的完整性与安全性更为严谨。具备空中在线升级(Firmware Upgrade Over-the-Air)，能透过无线的方式进行必要的软件更新。 根据LoRa联盟2017年度报告的数据显示，在整个2017年取得LoRaWAN认证的产品或模块数目较2016年增加五十一个，成长率为176%。另全球新增的LoRaWAN网络增加了三十一个，成长率为100%。

目前超过一百个以上国家有提供LoRa网络服务，营运商等级的会员有五十四家。联盟成员也稳定增加，以数据来看是呈现持续成长的态势。 与NB-IoT相较，因为LoRa较早进行推广与应用导入，现阶段在成本与成熟度仍有一些优势。可以简单地建构私有化的网络，依旧吸引许多系统商与应用商的投入。不可讳言地，使用免费频段有较严重的干扰问题存在，但是在物联网技术的竞逐舞台上，LoRa后续的发展，还是值得持续关注。