[應用] 關於 Helium LoRa WAN 物聯網路 (HNT挖礦機)

        在前一篇介紹 LoRa 的公眾網路(TTN) https://han-ya.blogspot.com/2022/05/lora-thethingsnetwork-helium.html，本文打算再介紹由 LoRa 通訊協定所建構的物聯網路，這網路稱為 Helium 網，而當下仍以擴展網路網，提升覆蓋率為主。該系統網主要由 Hotspot (熱點)路由器與各類 LoRa 終端設備(或稱為節點)所構成，目前全球 Hotspot 裝機量已超過 86 萬台，就我個人看法，Helium 應該還在尋找商業應用的目標階段，不過我會從技術與操作的角度去了解這個 LoRa  公網，底下分別介紹這兩個系統成員。

Helium Hotspots

        就運作角色而言，這個 Hotspots 熱點路由器的功能是做為連接 LoRa 網路與 Internet 網的橋樑，類似一個 IP 分享器的概念。負責接收來自 LoRa 終端設備的連線請求，並轉傳資料到 Internet 網路。另外，每個 Hotspots 涵蓋的範圍大約是方圓 500 公尺，因此整個 LoRa 網則由各地無數個 Hotspots 所形成的覆蓋網，如下圖一的蜂巢狀，我們可以連上 https://explorer.helium.com/ ，從這個網站就能看到全球 Hotspots 分布的情況，圖一是顯示高雄市三民區附近的路由器，蜂巢上面的數字代表這個區域內有多少台 Hotspots 路由器。

圖一：Hotspots 熱點路由器的蜂巢圖

        目前 Hotspot 機器由不同的廠商所製造[1][2]，並沒有特定的專屬廠商，也就是大家都能製造這台設備的戰國時代，我手上測試的機器是 Linxdot 礦機。為何它稱為挖礦機？在前一篇文章有說明，Helium 網路為了提高覆蓋率，利用加密貨幣的區塊鏈技術，設計一套補貼的商業模式，藉由這誘因以便建構一個全球的 LoRa 物聯網路。當資料流量通過這個 Hotspots，後台系統透過計算機制得出流量的報酬，便會在這台機器上記錄 reward，也就是 HNT 幣，如下圖二所示。HNT 幣也有市場換算成美元的價格，可以從上述的網站查詢到市價、市值、流通量....等資訊，這個幣也能支付我們本身使用 LoRa 資料傳輸量的費用，換句話說從 Hotspots 賺來的 HNT，用來支付自己使用 LoRa 的網路費。

圖二：Linxdot 礦機的運行情況

終端設備(節點)

        目前市面上提供不少 LoRa 終端設備，在 Heltec 自動化有限公司生產各類 LoRa 相關的設備，程式開發環境則在 Arduino IDE 上面操作，參考影片 ESP32 LoRa https://youtu.be/5FCp0oBBbUg。這公司的終端設備分成三類：ESP32+LoRa (SX1276)、STM32+LoRa (SX1276)、CubeCell，前兩項都是由 MCU 搭配一顆 LoRa 晶片 SX1276，而 CubeCell 則是整合型晶片，它已經將 MCU 和 SX1262 組成一顆新的晶片，稱為 ASR650x 系列。公司提到 CubeCell 屬於開發 LoRaWAN 節點最好的選擇，所以底下的測試是採用 CubeCell AB02S 開發板。

        終端設備想要連上 Helium 網路，首先要在 https://console.helium.com/ 網站上註冊一個自己的帳號，接著新增終端設備，我們會看到下圖的視窗。圖中的三個參數非常重要，Dev EUI 與設備的chipID 有關(可修改)，App Key 做為連線的認證碼則不能隨意修改，此時將這三個參數填到程式碼裡頭，編譯並燒錄到終端設備，這樣終端節點就能連上 Helium 網 (先確認方圓500公尺內有 Hotspots)。

圖三：新增設備的三個重要參數

        從 Helium console 能列出目前登錄的終端設備，如下圖所示，點進個別的節點後，還能觀察 join Helium 的時間點與詳細資訊，終端節點連接到哪個 Hotspots，以及傳遞的資料量...等。目前我使用 Heltec-AB02S 開發板能成功連線，從圖中能查看到封包傳送量，不過使用另一塊 ESP32 LoRa 開發板就不太順利了，始終連不上 Helium 網。

圖四：Helium Console 網站的終端設備列表

[1] SONOC 台灣

[2] Linxdot Helium Hotspot