LPWAN为广域物联网应用提供完整支持
LPWAN为广域物联网应用提供完整支持
随着以城市为范围的物联网应用快速兴起，可提供远距离传输与低功耗的LoRa与Sigfox成为热门的应用技术，可实现针对资产跟踪、供应链、农业、智能城市、智能建筑、智能家居、智能计量等应用的批量部署。本文将为您介绍LoRa与Sigfox技术的发展，以及由村田制作所（MuRata）所推出的解决方案。
依据需求特性选择最合适的技术
在涵盖范围较大的物联网应用中，要求传输距离要远、运作功耗要低，以搭配用电池操作的装置，LPWAN（Low Power Wide Area Network，低功耗广域网）因此应运而生，目前最受关注的LPWAN技术主要是LoRa和Sigfox，这两种技术具有各自的优势，业主可根据不同领域及使用需求，选择最适合的通信技术。
以类型来说，LoRa好比小型的私人网域，传输距离最远可达20公里，只要掌握技术，就能自行架设基站，自由度更高。Sigfox的传输距离则可达50公里，可满足大规模物联网应用的需求，设备电池寿命长、设备成本低、连接费用低、网络容量高和范围远。
不过为达到低功耗的目标，LoRa和Sigfox的每日传输次数都有限制，一天当中的传输时间很短，适合发挥在没有实时通信需求的领域，比如每日固定回报数据的传感器，可测量温湿度、PM2.5等特定环境数据，藉由长距离、少次数的传输型态，形成较大面积的物联网应用。
正如LPWAN的技术特色，LoRa与Sigfox都具有长距离、低功耗的特点，可延长电池寿命，形成大范围的信息传输，两者皆使用免授权的Sub-1GHz ISM频段，不需额外付出授权费用，且由于电子芯片制造技术的突破，这两项技术的硬件制造成本正在不断降低。
LoRaWAN针对电池寿命和低成本进行了优化
LoRa是“远程”的缩写，它是一种物理层（PHY），可实现超长距离通信，并具有优化的能源效率和可靠的信号，采用LoRa技术组成的广域网称为LoRaWAN，是LPWAN的主要技术之一，LoRaWAN是LoRa联盟的基础。LoRa和LoRaWAN在几个欧洲国家中越来越受欢迎，LoRa在全球其他地区（例如美国和亚太地区）的受欢迎程度也呈上升趋势。
LoRa PHY和LoRaWAN协议针对电池寿命和终端设备的低成本进行了优化，可支持无GPS、低功耗跟踪应用，可靠着基础设施投资、运营支出和终端节点传感器来降低成本，通过标准化来提升全球互操作性，加快了基于LoRaWAN的网络和IoT应用的采用和推出，专为低功耗而设计的协议，可将电池寿命延长至20年，单个基站可在密集的城市／室内区域提供深层渗透，并连接长达30英里的农村地区，可嵌入式端到端AES128加密，提升通信的安全性，支持每个基站数百万条消息，非常适合服务于许多客户的公共网络运营商。此外，LoRaWAN是由各产业联盟共同推动的网络标准，提供开放式技术，只要取得关键内容，就能开发个别的应用。
Sigfox实现全球物联网网络部署
不同于LoRa的开放性，Sigfox则是由法国同名公司自行开发的技术，掌握核心网络的运营和布建，意图以独立运营商的角色，在全球进行网络基地部署，目前已能同时在45个国家使用可连结的网域和设备。Sigfox提供了一种便宜、可靠、低功耗的解决方案来连接传感器和设备。Sigfox协议着重于从设备中使用的硬件到网络，Sigfox都对每个步骤进行了优化，以使其尽可能具有成本效益。
Sigfox是一个全球物联网网络，旨在实现成本效益，能源效率和远程区域覆盖，将全球数十亿个物件连接到互联网，数据将存储在云中，由于其低成本和易于配置，Sigfox可以用作任何其他类型网络（例如Wi-Fi、蓝牙、GPRS等）的辅助解决方案。Sigfox是一个公共网络，设备依靠本地Sigfox运营商部署的基础架构进行通信。
除了其连接服务外，Sigfox还为所有配备了Sigfox认证模块且不带GPS的设备提供定位服务，且无需进行升级即可升级特定硬件或更新软件。所谓的Sigfox Atlas服务适用于不需要度量精度的用例，例如，通过复杂的供应链跟踪移动物品。
经济高效的小尺寸LPWAN无线模块
为了满足市场的需求，村田制作所加入了LoRa Alliance™，并与意法半导体（STMicro）和Semtech合作，设计了一种经济高效的小尺寸LPWAN无线模块，该模块能够支持多种传感器和远程无线协议。村田制作所推出的Type ABZ（料号为CMWX1ZZABZ）模块已获得无线电监管部门的预先认证，可在世界大多数地理区域的868和915 MHz工业、科学和医学（ISM）频谱中运行，并在LoRa平台上提供了针对开发人员的经过良好验证的硬件和软件。
CMWX1ZZABZ-078
Type ABZ是一种新型、紧凑、低成本、低功耗的LPWAN无线模块，支持LoRaWAN或Sigfox远程无线协议。这款新的独立模块尺寸仅为12.5 x 11.6 x 1.76 mm，采用金属屏蔽封装，包括Semtech SX1276超远程扩频无线收发器和STMicro STM32L0系列ARM Cortex-M0+ 32位微控制器（MCU），具有强大的低漂移热特性的集成TCXO，可为RF收发器提供了准确的时钟源。
Type ABZ模块通过UART、SPI或I2C外设接口进行通信，一个ADC和多达18个GPIO为连接传感器，开关和状态LED提供了足够的灵活性，并且该模块由2.2到3.6 VDC的电源供电，正常输出功率为+14 dBm，但可以选择PA升压功能以将RF输出增加至+20 dBm，以用于远程应用或终端设备位于室内信号不佳的地方。该MCU包括192 kB闪存和20 kB RAM，并具有足够的内存来嵌入客户应用程序，并托管其他调制堆栈。
B-L072Z-LRWAN1
另外，Type ABZ模块可嵌入（作为选项）“要保护的受信任对象（Trusted Objects TO-Protect）”，这个通用MCU的安全软件库，可在LoRaWAN上提供增强的安全性。物联网应用开发人员可以使用配备有此小型模块的评估套件B-L072Z-LRWAN1轻松评估解决方案。该模块的典型应用包括智能计量、可穿戴设备、跟踪、M2M和物联网（IoT）边缘节点。该模块可在-40至+85℃的温度范围内工作，可适应各种温度。
结语
物联网应用已经从智能家庭走向智能城市，真正做到万物互联的物联网世界，针对长距离、低功耗、采用电池运作的装置，LPWAN将是最佳的解决方案，并可依据应用需求选择采用LoRaWAN还是Sigfox协议。村田制作所开发的Type ABZ模块可以满足LPWAN应用的各项需求，将是相关应用产品开发商的理想选择。