使用Semtech的LoRa技術推動智慧城市轉型

摘要

基於LoRaWAN規範的網路可在很大的覆蓋範圍內傳輸數據，提供安全的雙向通信。 世界人口正在越來越多地轉移到城市，這已促使大家去探索使用智慧城市技術來幫助城市建立可持續的基礎設施，從而提供智慧治理、智能能源、智能交通、智能基礎設施、智能技術、智能醫療和智慧公民。

智慧城市技術是政府和市政當局為有效應對人口不斷湧入城市這一趨勢，所需要提供的可持續性服務中的一種。 Semtech的LoRa技術和基於LoRaWAN?協議的低功耗、廣域網（LPWAN）可提供智能感知和控制基礎設施，支持城市以流暢的方式收集和分析數千個聯網設備提供的數據，以便對其需要提供的服務做出智能化的決策。基於LoRaWAN的網路提供安全的雙向通信，同時具有很大的數據傳輸範圍，從而以最小的網路基礎設施來覆蓋城市區域。 LoRa技術提供了針對智慧城市應用而優化的解決方案，這些應用依賴於由電池供電的感測器，其電池巡航時間需要長達20年。 智慧城市技術正在改變城市、政府和公民之間的互動方式，而LoRa技術是這些解決方案的有力推手。

隨著政府機構和市政當局部署廣域網以收集數據並使用先進應用，以及基於雲或基於企業級系統來處理和分析數據，智慧城市項目正在不斷增加。這些新興網路被稱為物聯網或IoT網路。這些項目旨在將感測器和其他儀器放置在城市內的關鍵系統上，以收集有關主動和被動單元的數據，這些單元是市政和城市服務的組成部分。信息通常是詳細和可測量的，以幫助提供更好的決策，並提供更有效的城市服務。

目前大家考慮的智慧城市應用範圍很廣，從更快地停車到更好的緊急醫療保健等試驗中和已部署項目都已顯示出可測量的影響。智慧城市解決方案的一些例子包括：

?停車：智能停車監測器可顯示城市中空餘的停車位，以減少因人們尋找停車位而造成的交通擁堵。

?交通疏導：交通堵塞是城市居民面臨的一個重大挑戰，智能交通系統可以監控車流和人流，為汽車和行人提供更好的路線。現在這是通過智能交通信號燈來實現的，這些信號燈可以感知交通流和協調燈光信號安排；但是在未來，智能交通系統也可能包括從信號燈到汽車中感測器之間的通信。

?街道照明：路燈消耗的電力是一項很重要的市政費用；對其進行更好的管理，城市可以通過降低能源消耗來節省資金和減少溫室氣體排放。智能路燈系統提供了城市為減少能源消耗、同時保持街道良好照明而需要的數據。

?交通燈維護：監測交通信號燈可以讓市政當局快速響應損壞的路燈、事故破壞的燈桿、或者發生故障的信號設備。這可以助力防止交通擁堵、潛在事故和其他危險情況。

?有預見性的維護：智能建築系統通過提供有預測能力維護系統，能夠產生確保結構得到正確維護的數據。這些系統可以監測建築物、橋樑和歷史古迹中的振動和其他物理情況。

?廢物管理：收集廢物是必不可少的城市服務，但常常是城市資源被用於收集處理未裝滿的垃圾箱，而其他垃圾箱卻早已裝滿溢出。智能廢物管理系統可以幫助檢測垃圾箱中的垃圾數量，從而優化廢物收集路線，提高效率和成本效益。

?噪音和空氣污染控制：隨著越來越多的人搬到城市，噪音和空氣污染成為了一個更大的挑戰。智能雜訊和空氣污染監測可以提供能夠改善公民生活環境的數據，並系統地檢測出與健康問題相關的因素。

實施智慧城市技術的目標是為了提高公眾的生活質量，提升效率，增加對服務需求的預防性反應，更有效地利用城市資源以及納稅人的稅金。利用有關城市系統和基礎設施的實時數據，城市官員和市民可以更輕鬆地評估城市項目的效率，並在必要時進行改進。目前，國際標準化組織編製了14類指標，用以測量智慧城市項目成功與否。這其中包括教育、衛生、城市財政及其它指標，智慧城市技術的快速發展意味著這個名單肯定會在未來幾年中變得更長。以下是智慧城市項目目前如何惠及當地社區的一些真實例子：

韓國首爾市以更低的成本實現更好的廢物收集：許多大城市每天都會湧出數百萬通勤者和旅行者，並且必須處理他們在穿過城市時產生的廢物。 在首爾，廢物成為一個重大問題，因為裝滿溢出的公共廢物箱會造成垃圾遺灑問題，這將增加保持城市清潔的成本。 過去，該城市不知道垃圾箱裝滿的速度，或者哪些垃圾箱已經裝滿。 隨著智能垃圾箱的安裝，城市能夠跟蹤每個垃圾箱的填充水平，並能夠追蹤廢物收集的效率。 該解決方案的好處是更少的垃圾遺灑和更清潔的公共場所，並將垃圾箱收集清理的頻率降低了66％，從而帶來了83％的費用降低，回收利用率增加46％。

美國內華達州卡爾森市的併網太陽能發電：卡爾森市的城市領導人發現，太陽能相關的技術在出現風雪天氣時就能夠引起廣泛的關注，這些風雪是城市氣候的一部分。此外，在傳統電力生產和太陽能設備之間的有效轉換，對於在陰天或夜間保持容量是重要的。該城市轉而採用智慧城市技術來管理這種基礎設施，包括虛擬化技術和通過移動計算設備來獲取預報。結果是提高了現場運營者和管理層的效率，其中包括運營人員減少了15％，同時將太陽能發電量產生的清潔能源提高到近75萬千瓦時。

降低法國里昂市和格勒諾布爾市的能源成本：在部署物聯網以幫助消費者監測其電能使用情況時，他們將擁有可用的工具來幫助減少其能耗，從而節省資金並有可能減少溫室氣體的排放。相互鄰近城市裡昂市和格勒諾布爾市合作開發了一個可以根據諸如鍋爐和熱水器等設備類型來監測能耗的平台，並提供了一個可為消費者帶來的經濟回報的單獨系統。結果是取暖成本降低了16％，從而使消費者更快樂並更有能源意識，帶來了環境保護效益並能夠推遲建設昂貴的新能源發電設施。正如這些例子所證明的那樣，智慧城市技術可以對城市及其公民的財政與財務、城市的宜居性和環境產生重大影響。

Semtech的LoRa技術為智慧城市應用帶來了技術和商業雙方面優勢。

技術優勢

?資產部署成本低，原因如下：

優異的室內穿透性：以一台網關為中心即可構建一個星形網路，其中的感測器可在遠達20公里範圍內直接與網關通信。感測器可以位於室內或室外，不需要像網狀網路解決方案那樣進行複雜的覆蓋分析。

易於安裝：由電池驅動的感測器能夠持續工作長達20年（視採用的應用而定），這意味著感測器不需要電源接線，因而與諸如GSM、LTE或WiFi等現有的解決方案完全不同。

?安全：內置AES-128加密。

?開放標準：LoRaWAN?規範由LoRa Alliance?支持和維護，允許無縫和便捷的可擴展性。

?定位技術：LoRa技術利用了無GPS定位技術，無需消耗額外的電能。

?連接成本低：LoRa技術運行在無需許可的ISM頻段，這意味著沒有或非常低的頻譜費用（如果依靠外部服務提供商，可能會有很低的連接費用）。

商業利益

?現在立即就可以用於公共的或者私有的部署

?與諸如LTE-M和NB-IoT等新興的、基於蜂窩通信的解決方案相比，部署和運營成本較低。

?開放性網路

城市當局具有了在多個相互競爭的網路服務提供商中進行選擇的能力，有助於降低價格。

城市可以部署其自己的本地化市域網路，同時可以承載多種應用。通過將帶寬出租給城市內想要運行自有應用的公司，可以最大限度地降低成本。

?充分利用已部署的資產：即使在密集的城市地區，LoRa技術強大的信號體制能夠穿透建築物以實現廣泛的覆蓋，可支持一台基於LoRa的網關有能力去覆蓋2公里範圍內的多個建築物。

?不斷擴大的生態系統：快速擴大的LoRa Alliance?目前包括400多家正在使用LoRaWAN規範來創建解決方案的公司。 LoRa Alliance?聯盟包括重要的行業參與者和許多其他的初創企業，以及許多網路運營商。當他們結合在一起的時候，該生態系統提供了從通信晶元到網路、再到基於伺服器的應用平台等多種產品及服務來源。為了確保互通性，LoRa聯盟還對感測器和其他設備進行認證。

隨著城市轉向效率，智慧城市技術可以為更智能、更完善的城市服務提供新的解決方案。可擴展和低成本的IoT網路是智慧城市計劃的基石，基於LoRa的設備和LoRaWAN規範提供了高容量、低功耗的網路，它們為成功的智慧城市解決方案打下了基礎。

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