低功耗廣域網路串起物聯網裝置（1）：LPWAN淺談

你有聽過智慧城市嗎？這是種將資訊科技運用在城市中的概念，透過各種如智慧路燈、智慧電表等物聯網資訊設備，強化對城市的管理與資源分配，達到提高生活品質的目的。其中許多裝置的通訊，就仰賴比一般方式更省電的低功耗廣域網路來達成。

以電池維持多年長距離通訊

LPWAN是Low-Power Wide-Area Network的縮寫，它的中文翻譯為低功率廣域網路，簡單地說，就是能在很省電的情況下，進行長距離通訊的無線網路技術。

這種技術最大的特色，就是能滿足以城市為規模的物聯網裝置在運作上的需求，首先這種裝置需要具備長距離通訊能力，且最好具有省電的特性，能夠維持長時間的運作，以避免需要時常更換電池，以降低維護的成本。

舉例來說，如果我們在下水道中設置水位偵測器，希望在颱風、暴雨來襲的時候，能夠透過統整全市下水道的偵測器，來判斷是否有淹水的危險，以利發佈警報並擬訂避難方針。

在佈建系統的時候，如果需要在每條下水道鋪設訊號線與電力線，將會是個浩大的工程，要是選用透過電池運作的偵測器，並加入無線通訊功能，施工時只需將偵測器本體安裝妥當即可，不再需要鋪設其他管線，如此一來就能大幅降低施工成本。LPWAN的概念就很適合這樣的運用，另一方面，由於它相當節省電力的關係，所以能維持多年不需更換電池（可達7年以上），確保裝置能夠長期有效運作。

▲利用LPWAN技術來佈建智慧城市的物聯網系統，有助於降低施工與維護成本。

與一般無線通訊用途不同

LPWAN具有可以長距離通訊與電力需求低等特性，因此很適合用於大規模物聯網系統，不過魚與熊掌不能兼得，為了滿足這些特性，讓LPWAN也有些缺點，例如它的傳輸速度很慢，而且有些技術限制了通訊的更新頻率，讓訊息不一定能即時完成傳輸。

常用於一般物聯網裝置的藍牙或低功耗藍牙，雖然也有著省電的特性，不少採用低功耗藍牙的物聯網裝置，能透過鈕扣型電池提供長達1年以上的續航力，但是它的傳輸距離偏短，大約限制在30至100公尺，因此無法涵蓋整個城市，無法滿足智慧城市的需求。

相較之下，大家熟悉的Wi-Fi無線網路有著無線與高速的特性，但是它的耗電量較高，而且通訊距離也比較短，所以適合在室內環境搭配電腦、智慧型手機、平板電腦等裝置使用。

至於在戶外使用智慧型手機的情況，則適合採用4G行動上網的方式，它能在大幅擴大通訊距離的前提下，維持較高的傳輸速度，不過因為電力消耗較多的關係，也不適合用於智慧城市相關裝置。

目前有已有相當多種LPWAN技術在發展中，筆者將在後續的文章中分別介紹LoRa、NB-IoT、Sigfox等技術，歡迎有興趣進一步瞭解的讀者保持關注。

▲一般藍牙裝置的電池續航力大約可以維持數日之久。

▲而有些低功耗藍牙裝置續航力長達1年以上，但是通訊距離太短，不適合智慧城市使用裝置。

▲Wi-Fi無線網路雖然傳輸速度很快，但一樣有著通訊距離的限制。

▲能在室外使用的行動上網則因電力消耗較大，也不適合智慧城市裝置。