物聯網_遠距離無線網路技術_part2.LoRa_降低通訊量以節省電力_LoRaWAN跟Lora關係
LoRa是美國Semtech所開發的無線傳輸技術，其不像Sigfox有營運商來營運。
LoRa如Wi-Fi般，任何人皆能自行設置LoRaWAN基地台(Gateway)就可將訊息傳送出去。因目前沒營運商營運，如需使用則必須架設Gateway，對於部屬基地台的部分必須花費昂貴成本，且LoRa傳輸距離非比Sigfox來的遠(遠則22公里)。目前，LoRa 主要在全球免費頻段（即非授權頻段）運行，主要包括433、868、915MHz等。
LoRa是一種線性調頻擴頻的調製技術，最早由法國人發明，2012 年該技術被Semtech公司收購，並將這一調製技術封裝到芯片中，在之前Lora晶片被Semtech公司獨家壟斷，沒有授權任何公司無法設計製造LoRa芯片。LoRa的名字來源是Long Range的字首縮寫，其意思就是長距離，特色就是具有極長的通訊距離，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。窄頻雙向通訊的無線通訊標準+雲端服務介面標準。通訊安全強度中等。不支援漫遊服務。適合不強調即時性的單向/雙向通訊服務。網路設備、網路架構複雜度低於SigFox 和NB-IoT。，有專屬的標準發展聯盟，開放聯盟成員參加，開放標準。
大多數的網路系統都採用網狀拓樸，然而在這種網路中，為了要提升覆蓋範圍，當節點在傳送資料時，往往需要透過其他節點中際傳輸，如此一來整體網路的複雜性與耗電量都會提升。
LoRa則採用星狀拓樸，讓所有節點直接連接到閘道，閘道再往後連接至中央主機整合，若需要與其他節點溝通，也是經由閘道傳輸。因為閘道設備只需在定點設置後，就可以覆蓋廣大範圍，不像節點需要計較施工與維護的便利性，所以可以連接電源與一般的有線網路系統，不需特別考慮耗電量與資料後送的問題。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。
(備註:通常為了省電及架構問題，LPWAN架構都會建置為star network這類拓樸。)
Lora星狀拓樸組網主要由4部分構成(主要的是三個)
1.End-Device:帶有Lora通訊模塊的設備終端節點
2.Lora閘道器(Lora Gateway)
連接終端設備和後端中央服務器（網關與服務器通過標準IP連接）。可以理解為數據信息的中轉站和集中站，類似於快遞點，大家都把東西先放到一個點，由這個點再去分發東西。
每個閘道器具有各自的管轄範圍，可以收到管轄範圍內所有終端設備發送的數據，同時一個網關也可以給多個設備發送數據。
3.網路伺服器(LoRaWAN協議解析服務器)
由網關收集匯總上來的LoRaWAN協議數據需要進行數據格式轉換和解析，便於二次分發傳輸，可以把LoRaWAN理解地方方言，某一地域的人才能通用(Lora相關設備通訊互通)，要是信息需要共享給外部，則要翻譯成更加統一和規範的普通話。
4.應用服務器(雲端) -> optional
收集上來的LoRa設備數據需要進行統計、展示、分析，就需要相應的後台操作界面，對應的就需要有應用端的服務器作為支撐。
Lora將傳輸方式劃分為3種不同的等級:
Class A(最省電的級別):採用ALOHA協定
但是裝置平常會關閉資料傳輸功能，在裝置上傳資料後（例如回傳監控資料），會短暫執行2次接收資料的動作，然後又會再次關閉傳輸，雖然能夠大量節省電力，但是無法即時從中央主機遙控或傳送資料，其中會有較長的延遲。犧牲上傳資料的穩定性和增加下載鏈路的延遲時間。
Class B(耗電量則較Class A大):能夠在設定的時間定期開啟下載功能、接收資料，這樣能降低傳輸延遲，也能讓中央主機能夠透過排程知道可以傳送資料的時間。
Class C:則會在上傳資料以外的時間，持續開啟下載功能，雖然能夠大幅降低延遲，但也會進一步增加耗電。
LoRa具有安全、可定位、遠距離、低功耗、多節點、範圍廣、低成本、低速率、小數據傳輸等特點，應用核心在於數據採集+異常結果上報。涉及應用場景主要有家庭安防報警及遠程無鑰匙進入；智能家居；無線報警安全系統；無線工業級遙控器；智能抄表；道路泊車檢測器；野外郊區作業，如礦業、郊區重工業等。
https://delorescetleh.medium.com/lora-vs-lorawan-2-635db22c7786
LoRaWAN:是低功耗廣域網通信協議，規範了LoRa調製後數據傳輸相關要求，可理解為定義一個規範的、統一的“語言”進行數據傳輸，使得其它設備能夠順利溝通，大家都說一樣的話，遵守同樣的語法。是一套以LoRa作為底層網路傳輸技術通訊協定標準規範了如何利用LoRa通訊數將節點間資料互傳，包含從底層data-link layer(LoRaWAN Mac)與上層LoRaWAN Application。
LoRa是處於資料連結層，為網路層的LoRaWAN提供數據傳送服務，由LoRaWAN將信息發送到其它的雲服務器。嚴格上來說LoRa或者LoRaWAN中某任何一種都不能算是LPWAN，所以要LoRa+LoRaWAN=LPWAN，LPWAN就是低功耗廣域網。
根據 LoRa® Alliance 這個組織所提出的白皮書[13]，當中提出LPWAN 擁有的主要特點:
1.電池壽命長（通常超過10 年，同時支援智慧量測應用）。
2.廣域連接特性，允許開箱即用連接的解決方案。
3.低成本晶片和網路。
4.資料的吞吐量受限。
Ref:
低功耗廣域網路串起物聯網裝置（2）：LoRa
物聯網LPWA通信技術（2）：Lora通信特點及主要場景應用
國立臺灣海洋大學資訊工程學系吳俊廷-遠距離LoRa物聯網系統設計與實作
國立東華大學電機工程學系林雋晏-使用LoRaWAN量測與分析路徑損失以花蓮縣壽豐鄉為例
LoRaWAN規範閱讀筆記 - Ch. 4
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