方案優勢
一、LoRa Edge™ 架構將在地理定位系統中需要在本地端MCU做耗費時間的計算和計算所需要的功耗轉移到具有擁有龐大的地理位置資料庫的Semtech LoRa Cloud™上，這樣一來我們就可以節省追蹤器本地端淵來消耗最多的定位計算。這也就意味著可以實現非常低的能耗和快速的定位，因此追蹤器將可以在相同的電池下比現有的產品多上更多的使用時間或可以使用更小的電池來將產品小型化。
二、 使用LoRa改善傳輸技術改善通訊能力
對於追蹤器的應用來看長距離通訊為一最基本也是最重要的要求! 在眾多無線技術中我們先排除耗電高的行動電話通訊網路，除此之外現有的技術如 FSK(頻率偏移調變)、Zigbee、Bluetooth或是Wifi 等傳輸模式來做為通訊方式。但這些通訊方式或多或少都有其先天的限制，下面為我約略做的整理比較表
依上表來看，如果我們要在此等追蹤器應用中來使用上列技術的話會有點挑戰性。所以我們以本方案來提出使用LoRa方式來解決如下問題
抗干擾: 使用展頻技術可提雜訊抗干擾能力。
省電: 低至0.1uA之耗電可提供長時間不需更換電池使用。
方案特色說明
本方案向對有興趣探索LoRa Edge™的開發人員和產品經理展示如何在Raspberry Pi上組裝、配置和構建具有LoRaWAN功能的LoRa Edge 閘道機，並演示如何使用LR1110開發板來驗證追蹤系統的運作。
工作原理描述說明
本方案的結構是使用Semtech SX1302 Core Cell版本的建議設計，其架構為一具有USB通訊功能之mPCIe介面之閘道器模組，我們使用支援LoRa Edge 之ChirpStack映像檔燒入Raspberry 來架構閘道機後經設定其環境後將設備連接到Semtech Network Server及 Join Server並將它們與提供位置和設備服務的LoRa Cloud 互相連繫以提供掃描到的GNSS、Wifi AP資訊並從雲端獲取地理位置。
一. 建立網關
在本方案中將使用Raspberry Pi和SX1302 模組來構建網關。如果您不是使用Semtech參考設計的轉接板的話，您也可以參考樹莓派的SPI介面來SX1302聯繫，詳細可參考附件的參考設計電路圖。閘道器的網路通訊部分是使用LoRaWAN協議的來與LoRa芯片的設備傳送和接收資料，並將它們傳遞到所連接的Semtech網絡服務器。
二. 製作樹莓派映像檔
1. 至https://www.balena.io/etcher/ 下載燒錄程式後
2. 將下面連結之供Rpi3使用之映像檔燒錄如下圖操作方式燒至SD Card
https://artifacts.chirpstack.io/downloads/chirpstack-gateway-os/raspberrypi/raspberrypi3/3.3.3/chirpstack-gateway-os-base-raspberrypi3-20201230135531.rootfs.wic.gz
3. 將SD卡放入Rpi3並送電
三. 連接PC與樹莓派
1. 首先我們打開的PC的Wifi尋找名字為ChirpStackAP的AP，並輸入密碼連上。
2. Wifi密碼為ChirpStackAP
3. 使用SSH指令ssh admin@192.168.0.1登入閘道機
四. 設定環境
1. 輸入Sudo gateway-config
2. 設定閘道機模式，此處我們選擇 SX1302 CoreCell
3. 檢查是否有出現閘道機的ID，如果沒有出現的話請在檢查連線
4. 設定以後可以自動連接的 Wifi 連線帳號密碼
5. 重新開啟閘道機
五. 驗證閘道機
輸入Sudo monit summary 查看閘道機是否啟動正常
如何申請Semtech LoRaWAN Server帳號
1. 申請帳號 ~ 至https://lora-developers.semtech.com/register 註冊帳號
2. 註冊閘道器 ~ 至 Gateway / Create中註冊閘道機
如何將閘道機連結到Semtech LoRaWAN Network Server
1. 產生認證
2. 由控制面板上可看到閘道機下的Certificate 已經產生下面三個認證
- CA certificate
- TLS certificate
- TLS key
登錄認證
1. 進入閘道機面板選擇Bridge Config
2. 在MQTT選項下輸入 ssl://us915.mqtt.loracloud:8883
3. 將從Semtech Network Server 產生的 CA certificate，TLS certificate 及 TLS key寫入閘道機
4. 測試連線 ~ 於Semtech Network Server上驗證是否與閘道機取的聯繫
功能測試及成果展示
1. 測試架構 ~ 此處我們是用Semtech 展示用追蹤器來測試與閘道器及Network Server之間的工作是否成功。因希望不要將後端的應用伺服器及地圖伺服器加入讓測試複雜化，所以此處我們僅測試追蹤器的數據是否傳送至閘道器並送至Semtech的Network Server。
2. 成果展示 ~ 由下圖可以看到當追蹤器開始工作後將資料送至Semtech的網路伺服器，並顯示座標，固可證明閘道器確實有收到追蹤器的上傳資料並送至Semtech 定位資料庫來獲得座標。
3. 後續應用 ~ 使用者可以Network Server 內建之整合應用如下或是API將獲得的座標資訊另行開發應用
►場景應用圖
►產品實體圖
►展示板照片
►方案方塊圖
►Semtech SX1302 Module
►LoRa Edge™ Tracker Evaluation Kit (For confirm Gateway Function)
►核心技術優勢
LoRa Edge™ 架構將在地理定位系統中需要在本地端MCU做耗費時間的計算和計算所需要的功耗轉移到具有擁有龐大的地理位置資料庫的Semtech LoRa Cloud™上，這樣一來我們就可以節省追蹤器本地端淵來消耗最多的定位計算。這也就意味著可以實現非常低的能耗和快速的定位，因此追蹤器將可以在相同的電池下比現有的產品多上更多的使用時間或可以使用更小的電池來將產品小型化。
►方案規格
- Half-duplex mode i.e. can’t receive and transmit simultaneously - Simultaneously receive 8 LoRa® channels multi-data rates (SF5 ~ SF12 / 125 kHz) + 2 mono-data rate (LoRa® 250 / 500 kHz and FSK 50 kbps) - Maximum transmit output power (EU868/US915) = +27dBm - Maximum transmit output power (CN490) = +17dBm - Typical sensitivity level (US915): o -141 dBm at SF12 BW 125 kHz o -127 dBm at SF7 BW 125 kHz o -111 dBm at FSK 50 kbps