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物联网软件系统开发技术LPWAN解析

2017-03-04 09:51:59

关于LPWAN提供物联网服务的业者其营运模式与收费方式,以Sigfox为例,其目标在于建立一个全球统一的物联网网络,类似营运商eSIM的概念,基本上用户可在全球范围下使用Sigfox服务而不需考虑漫游问题。Ingenu亦与Sigfox采用类似作法,透过专属授权给不同地区的业者进行布建与经营RPMA网络,如新创公司IoTOz取得澳洲、纽西兰的网络授权。LoRA WAN目前在各国营运方式大致上分为两种类型,第一,与当地营运商合作,由LoRa Alliance提供技术与产品认证。第二,由制造商自行架设基地台,提供应用服务。

LPWAN的收费模式可归纳为装置/服务绑定、服务费与通讯费等三种类型。装置/服务绑定方面,如法国业者Capturs的GPS装置定价包含硬设备及Sigfox通讯费用。服务费部分,韩国业者Sparcosa的LoRa追踪器需要用户额外添购一个月5美元的服务费用。通讯费方面,如Sigfox提供范围从1美元/月到1美元/年的资费方案,依照用户链接的装置数量进行个案调整。

免执照LPWAN在历经多年技术发展与应用测试,目前服务供应与收费方式已逐渐成形,使用执照频段的NB-IoT也在3GPP的推动下加速标准制定,营运商亦积极推动建设,预期LPWAN商用服务于2017年更加蓬勃开展。

智慧城市应用,兵家必争

LPWAN由于具有低功耗与长距离的优势,因此适用于需要广范围布建且传输数据量小的应用领域,就目前LPWAN业者提供的服务现况而言,可归类为资产追踪、停车管理、环境监测、智能读表系统等四大领域,以下举出数个国际上的案例供大家参考。

资产追踪

资产追踪方面,Sigfox与新创公司Capturs合作推出GPS位置追纵服务,提供运动爱好者在偏远地区或长距离的定位信息,亦展开公益计划如赞助比利时之南极洲伊丽莎白公主研究站利用搭载GPS与Sigfox技术之装置实时追踪人员移动与装备位置。LoRa在资产追踪的相关应用,如布鲁塞尔机场在飞机货运车上利用LoRa Sensor,对货车实施远距监控与调配运用;在澳洲,卫星业者Immarsat利用GPS及LoRa网络监控牧场中的牛群与水源等。

停车管理

停车管理应用部分,在比利时阿尔斯霍特市政府于停车位上布建LoRa Sensor,驾驶人可透过Smart Parking APP搜寻距离最近的停车场与车位。Vodafone利用800MHz频段的商用LTE网络,在西班牙马德里的Vodafone Plaza进行智能停车应用服务测试,透过停车传感器侦测停车格状态,华为与中国联通在上海测试NB-IoT的智慧停车服务,车主可远程查询与预订车位,提高车位利用率。

环境监测

环境监测方面,英国由物联网新创公司Nwave与英国数字经济技术与创新中心(Connected Digital Economy Catapult)合作,以Weightless-N技术为基础在伦敦布建智慧城市网络,提供空气污染监测。Ingenu与Libelium、PTC合作利用RPMA网络搜集城市中空气质量信息进行分析。

智能读表系统

在智能能源读表相关应用方面,韩国SKT与SK E&S合作在首尔、釜山与光州等三个城市测试运用LoRa网络的瓦斯先进读表系统,提供自动读表与侦测瓦斯漏气等服务。Sigfox与法国电力与天然气供货商ENGIE子公司ENGIE M2M布建Sigfox Smart Meter于建筑物中,协助用户能源使用管理。Vodafone以及瑞士模块厂商u-blox共同在西班牙蒙卡达完成NB-IoT前标准(Pre-Standard)商用测试,以u-blox模块搭配华为子公司Neul所开发之NB-IoT芯片嵌入智能水表中,使水表能够接入移动网络,透过窄频通讯达成远程自动抄表作业。

2016通讯大赛使用LPWAN技术的作品

经过前面的说明,相信读者已对LPWAN的各项技术与应用有些概念,对于想参加2017年通讯大赛的团队来说,可以参考2016年通讯大赛的结果进行规划,以下分享几个使用LPWAN进行实作的作品。

一、可穿戴式之山区无线通信装置

物联网重点技术LPWAN解析

由于团队成员的同学父亲在登山时传来噩耗,让他们想要解决山区通讯不佳、无法实时掌握气候变化的问题,因此推出基于LoRa的点对点讯息传输系统「雪巴Sherpa」,是以LinkIt ONE为主处理器的穿戴式装置,内建蓝牙、GPS、生理侦测模块,随时获得登山客的位置与信息,搭配紧急按钮可在危险时发出求救,透过LoRa 将GPS数值传至15公里远,让搜救更有效率。搭配的雪巴APP透过蓝牙做连结,多个雪巴装置可形成山区无线网络,以雷达图显示人员与自身相对位置、动作路径等信息,实时掌控山友状态,APP可发出文字讯息在山区沟通,完全毋需手机讯号。建置于山区的环境侦测器可侦测土石崩落、下雨、温度过高等危险,第一时间通知山友环境情况。

二、LinkItBike

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目前市面上的单车车队管理系统往往都依靠3G/4G网络来进行通讯,但还是有很多人的智能手机没有3G/4G网络,所以该团队想出一套只需一人有3G/4G网络就能进行单车车队管理的系统,这也是有别于市面上的单车车队管理系统的一大特色,LoRa才是单车骑士的主要沟通方式。本系统将LinkIt Smart 7688 Duo和LoRa通讯模块结合,串接Google服务的地图服务,使用端可将目前的位置、速率、心跳等必要信息传给补给车的工作人员端,由有3G/4G网络的补给车工作人员上传讯息至云端服务器,让监控端的成员实时掌握车队的整体信息,当需要求救时,只要按上APP的SOS键即可让监控端成员得知并前往救援。本系统以LinkIt开发平台为核心,故取名为LinkItBike。

三、新时代公共自行车系统

物联网重点技术LPWAN解析

有鉴于台南市的公共自行车系统一直未见开始,对于喜爱台南而且身在台南的团队成员有义务要来帮助这个城市。本系统主要以Youbike为案例范本,在这个架构下建立一整套改善Youbike不足之处的新时代公共自行车系统。目前的公共自行车系统还是不够聪明,该团队使用了不同的租借方法,支持各家移动支付系统,不再只有一卡通/悠游卡。另外LoRa通讯也使得每台自行车都可以得到监控,使用者只要携带手机均可租借,便利性提高很多,另外借助大数据分析,可以得知站台及单车流向,让各站点能预先调度单车数量,避免无车可借或是无空位可停。期待本系统可以“超CBike赶Youbike”,让大家的城市生活更加便利。

四、空气污染抑制系统

物联网重点技术LPWAN解析

每年中国的沙尘暴、尘霾、车辆排放与工业区的废气,产生大量悬浮微粒,影响民众的身体健康,然而大部分的情况,除了抗议以外,大家都无能为力。本作品利用Bee开发板搭配空气传感器作为空气污染的侦测手段,放于车辆或建筑物找出污染严重的区域,并结合LoRa广域无线网络,可侦测广范围的空污情况,以OpenData方式让大家了解空污的程度。在这些区域摆放以风力传动的静电除尘器,运用大自然的力量24小时运作,进行悬浮微粒的收集,下雨时可透过雨水将累积的悬浮微粒冲洗掉。颠覆空气清净机昂贵且需电力的概念,以风力作为动力来收集悬浮微粒,也许一台机器的能力有限,但若大量布置势必可以减少悬浮微粒对环境的危害。

五、智能路边停车格导引系统

物联网重点技术LPWAN解析

驾驶人很难事先得知哪里有空的路边停车位,用巡绕的方式碰运气很浪费时间。本作品提出“智能路边停车格导引系统”来解决问题,首先在路边停车格上安装车辆停放传感器(地雷式),它会侦测停放状况并透过LoRa长距通讯模块回报给基地台及云端做处理,接着用户借助移动装置上的CityPark APP做实时闲置车位查询并导引使用者至该车位。以CityPark命名代表着以整个城市为使用场域,让你不再和停车格擦肩而过。CityPark具备了以下特点:长距离、高穿透,低功耗、城市级场域、跨平台技术、高强度需求、良好UX的APP,并符合目前世界智慧城市设计应用潮流。系统会过数据分析使用率来决定收费价格,有助于舒缓交通及分散停车格的使用。

 

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