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LoRa

LoRa（Long Range）是Semtech開發的LPWAN協定，是依chirp展頻（英語：chirp spread spectrum）（CSS）技術衍生的展頻調變技術為基礎[1]。是由法國格勒諾布爾的Cycleo公司所發展，後來被LoRa Alliance的創立成員Semtech（英語：Semtech）所收購[2]。

LoRa
開發單位Semtech（英語：Semtech）
規範發佈2003年5月 (2003-05)
使用於工業、科學
連接裝置類型SPI/I2C
相容的硬件SX1278
範圍10km+

特徵

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LoRa用不需申請許可的次GHz射頻頻段，例如433 MHz、868 MHz（英語：Short-range device）（歐洲）、915 MHz（澳大利亞及北美洲）及923 MHz（亞洲）。LoRa可以在低能耗下進行長距離的通訊（在鄉村可以傳輸超過10公里）[3]。此技術包括了物理層，而像其他的技術及協定（例如LoRaWAN）包括了上層的協定。其資料率可以從27 Kbps到0.3 Kbps，依擴散因子而定[4]。

2018年1月發佈了新的LoRa晶片組，相較於舊的產品，其功耗降低，傳輸功率提高，體積也比較小[5]。

LoRa設備有geolocation（英語：geolocation）能力，用在設備的位置三邊量測（英語：Trilateration），利用網關的時間戳記進行[6]。

LoRa和LoRaWAN讓許多產業的物聯網設備有長程的連線能力[7]。

LoRaWAN的增程器（Range extender）稱為LoRaX。

LoRa物理層

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LoRa使用專用的展頻調變技術，類似chirp展頻（英語：chirp spread spectrum）的擴展。展頻LoRa調變的做法是將酬載的每一個位元用多個chirp資訊來表示。展頻資料送出的速率是符號率，正常符號率和chirp之間的比例是擴散因子（spreading factor、SF）表示每一位元資料對應的符號數[1]。LoRa可以在固定的頻寛下，在靈敏度和資料率之間取捨, 選擇擴散因子（在7到12之間）。高SF表示每秒送出的chirp越多，因此每秒編碼的資料也較多。低SF表示每秒送出的chirp越少，因此每秒編碼的資料也較少。傳送相同長度的資料，高SF花的傳輸時間（稱為通話時間）會比較長。通話時間越長，表示modem運作時間越長，也越耗能。高SF的好處是通話時間長，讓接收者比較有機會取樣到信號的功率，靈敏度會比較好[8]

此外，LoRa用前向糾錯碼來提昇抗干擾能力。LoRa的寬範圍可以用高無線網絡鏈路預算來表示，約155 dB至170 dB[9]。

LoRaWAN

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LoRa定義了通訊棧中較低的物理層，沒有定義上層的網絡協定。有許多協定可以定義LoRa上層的網絡協定，LoRaWAN（long range wide-area network）就是其中之一。LoRaWAN是以雲為基礎的介質訪問控制（MAC）層協定，但其作用類似網絡層，管理LPWAN網關和終端節點之間的通訊，類似路由協定，由LoRa聯盟維護。

LoRaWAN定義通訊協定以及網絡的系統架構，由LoRa物理層進行長距離的通訊。LoRaWAN也負責管理所有節點的通訊頻率、碼率單位及功率[10]。網絡中的設備是非同步的傳輸，在有資料可送出時就會送出。終端節點送出的信號會由多個網關接收，會將資料封包往前轉輸到中心化的網絡伺服器[11]。網絡伺服器會過濾重覆的封包，進行安全檢查，並且管理網絡[來源請求]，之後會將資料送到應用伺服器[12]。此一技術在中等負載下有高可靠度，不過有些和發送「收到」（acknowledgements）訊號有關的性能問題[13]。

各版本歷史

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  • 2015年1月：1.0版[14][15]。
  • 2016年2月：1.0.1版[16]。
  • 2016年7月：1.0.2版[17]。
  • 2017年10月：1.1版，加入Class B[18]。
  • 2018年7月：1.0.3版[19]。

LoRa聯盟

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LoRa聯盟（LoRa Alliance （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館））是符合501(c)(6)[20]的組織，在2015年建立，目的是為了支援LoRaWAN協定，也確保所有LoRaWAN產品以及技術的互操作性。LoRa聯盟是開放、非營利的組織，其成員已超過500個[21]，其中有包括IBM、Everynet（英語：Everynet）、Actility（英語：Actility）、Microchip、Orange公司、思科系統、荷蘭皇家電信、瑞士電信、Semtech（英語：Semtech）等[22]。2018年時，LoRa聯盟已有超過100個LoRaWAN網絡，分佈在超過100個國家[23]。

相關條目

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參考資料

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  1. ^ 1.0 1.1 LoRa Modulation Basics (PDF). Semtech. [2020-02-05]. （原始內容 (PDF)存檔於2019-07-18）. 
  2. ^ Semtech Acquires Wireless Long Range IP Provider Cycleo. Design And Reuse. [2019-10-17]. （原始內容存檔於2020-10-14） （英語）. 
  3. ^ Ramon Sanchez-Iborra; Jesus Sanchez-Gomez; Juan Ballesta-Viñas; Maria-Dolores Cano; Antonio F. Skarmeta. Performance Evaluation of LoRa Considering Scenario Conditions. Sensors. 2018, 18 (3): 772. PMC 5876541  . PMID 29510524. doi:10.3390/s18030772. 
  4. ^ Adelantado, Ferran; Vilajosana, Xavier; Tuset-Peiro, Pere; Martinez, Borja; Melia-Segui, Joan; Watteyne, Thomas. Understanding the Limits of LoRaWAN. IEEE Communications Magazine. 2017, 55 (9): 34–40. ISSN 0163-6804. S2CID 2798291. doi:10.1109/mcom.2017.1600613. hdl:10609/93072  . 
  5. ^ Corporation, Semtech. Semtech Enables IoT of the Future with Next Generation LoRa Platform. GlobeNewswire News Room. 2018-01-08 [2019-10-17]. （原始內容存檔於2020-11-09）. 
  6. ^ Fargas, Bernat Carbones; Petersen, Martin Nordal. GPS-free Geolocation using LoRa in Low-Power WANs (PDF). DTU Library. （原始內容存檔 (PDF)於2019-07-25）. 
  7. ^ Ram, Prashant. LPWAN, LoRa, LoRaWAN and the Internet of Things. Coinmonks. 2018-08-07 [2019-02-09]. （原始內容存檔於2020-11-09）. 
  8. ^ Qoitech. How Spreading Factor affects LoRaWAN device battery life. The Things Network. [2020-02-25]. （原始內容存檔於2020-10-09） （英語）. 
  9. ^ Mohan, Vivek. 10 Things About LoRaWAN & NB-IoT. blog.semtech.com. [2019-02-18]. （原始內容存檔於2020-09-27） （美國英語）. 
  10. ^ LoRaWAN For Developers. www.lora-alliance.org. [2018-11-23]. （原始內容存檔於2020-12-04） （美國英語）. 
  11. ^ A Comprehensive Look At LPWAN For IoT Engineers & Decision Makers. www.link-labs.com. [2017-06-22]. （原始內容存檔於2020-11-27）. 
  12. ^ LoRa Alliance. LoRaWAN: What is it? (PDF). 2015. （原始內容 (PDF)存檔於2020-11-24）. 
  13. ^ Bankov, D.; Khorov, E.; Lyakhov, A. On the Limits of LoRaWAN Channel Access. 2016 International Conference on Engineering and Telecommunication (EnT). November 2016: 10–14. ISBN 978-1-5090-4553-2. S2CID 44799707. doi:10.1109/ent.2016.011. 
  14. ^ LoRaWAN Specification (PDF). lora-alliance.org. [5 February 2020]. （原始內容 (PDF)存檔於2020-10-21）. 
  15. ^ Version 1.0 of the LoRaWAN specification released （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
  16. ^ LoRaWAN Specification (PDF). lora-alliance.org. [5 February 2020]. （原始內容 (PDF)存檔於2020-02-05）. 
  17. ^ LoRaWAN Specification (PDF). lora-alliance.org. [5 February 2020]. （原始內容 (PDF)存檔於2020-02-28）. 
  18. ^ LoRaWAN™ 1.1 Specification (PDF). lora-alliance.org. [5 February 2020]. （原始內容 (PDF)存檔於2020-08-21）. 
  19. ^ LoRaWAN 1.0.3 Specification (PDF). lora-alliance.org. [5 February 2020]. （原始內容 (PDF)存檔於2020-10-18）. 
  20. ^ Brad Biddle. Linux Foundation is Eating the World. 7 May 2019. SSRN 3377799  . Many other organizations formed following this same basic template: incorporation as a mutual benefit non-profit corporation under applicable U.S. state law (with some slight variations of corporate form based on particular state law requirements), and then operation as a tax exempt entity under a provision targeted at 「business leagues」 and other trade association-style enterprises. This provision, Section 501(c)(6) of Title 26 of the U.S. Code, generally enabled the organizations to avoid paying federal income tax, and often to avoid most state and local taxes as well. Selecting from hundreds of examples, some organizations that follow this model include ... LoRa Alliance 
  21. ^ Semtech's LoRa Alliance grows to 500 members. Pacific Coast Business Times. 2017-06-29 [2019-02-09]. （原始內容存檔於2020-10-10） （美國英語）. 
  22. ^ Member Directory | LoRa Alliance. lora-alliance.org. [2019-02-09]. （原始內容存檔於2021-02-03）. 
  23. ^ LoRa Alliance passes 100 LoRaWAN network operator milestone. Electronic Products & Technology. 2019-01-25 [2019-02-11]. （原始內容存檔於2020-12-02） （美國英語）. 

延伸閱讀

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  • Lee, Chang-Jae, Ki-Seon Ryu, and Beum-Joon Kim. "Periodic ranging in a wireless access system for mobile station in sleep mode." U.S. Patent No. 7,194,288. 20 March 2007.
  • Ghoslya, Sakshama. How to generate LoRa Symbols. All About LoRa and LoRaWAN. 2019-04-17. （原始內容存檔於2020-12-22）. 
  • Quigley, Thomas J., and Ted Rabenko. "Latency reduction in a communications system." U.S. Patent No. 7,930,000. 19 April 2011.
  • Bankov, D.; Khorov, E.; Lyakhov, A. "On the Limits of LoRaWAN Channel Access"（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. 2016 International Conference on Engineering and Telecommunication (EnT): 10–14.
  • Seneviratne, Pradeeka. "Beginning LoRa Radio Networks with Arduino - Build Long Range, Low Power Wireless IoT Networks."（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Apress, 2019, eBook ISBN 978-1-4842-4357-2, Softcover ISBN 978-1-4842-4356-5, Ed: 1

外部連結

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