基于LoRa遠距離無線通訊技術的傳感網絡概述

基于LoRa遠距離無線通訊技術的傳感網絡概述

一、背景概述：

2013年8月，Semtech向業界發布了一種新型的，基于1GHz以下的超長距低功耗數據傳輸技術（簡稱LoRa）的芯片。其接受靈敏度達到了驚人的-148dbm，與業界其他先進水平的sub-GHz芯片相比，最高的接收靈敏度改善了20db以上，其功耗極低。

LoRa 作為低功耗廣域網（LPWAN）的一種長距離通信技術，近些年受到越來越多的關注。隨著物聯網從近距離到遠距離的發展，必將會產生一些新的行業應用和商務模式。Cisco、IBM、Semtech、Microchip等正在積極推廣LoRa技術。

二、技術特點：

LoRa的優勢在于技術方面的長距離能力。LoRa技術在高性能、遠距離、低功耗，支持大規模組網，測距和定位等方面突出的特點，這使得該方案（終端+網關）成為物聯網大規模推廣應用的一種理想的技術選擇。

LoRa是低功耗廣域網通信技術中的一種，是物理層或無線調制用于建立長距離通信鏈路。許多傳統的無線系統使用頻移鍵控（FSK）調制作為物理層，因為它是一種實現低功耗的非常有效的調制。LoRa是基于線性調頻擴頻調制，它保持了像FSK調制相同的低功耗特性，但明顯地增加了通信距離。

LoRa技術本身擁有超高的接收靈敏度（RSSI）和超強信噪比（SNR）。此外使用跳頻技術，通過偽隨機碼序列進行頻移鍵控，使載波頻率不斷跳變而擴展頻譜，防止定頻干擾。

三、LoRa網絡架構

在網狀網絡中，個別終端節點轉發其他節點的信息，以增加網絡的通信距離和網絡區域規模大小。雖然這增加了范圍，但也增加了復雜性，降低了網絡容量，并降低了電池壽命，因節點接受和轉發來自其他節點的可能與其不相關的信息。當實現長距離連接時，長距離星型架構最有意義的是保護了電池壽命。

如果把網關安裝在現有移動通信基站的位置，發射功率20dBm，（100mW），那么在高建筑密集的城市環境可以覆蓋2公里左右，而在密度較低的郊區，覆蓋范圍可達10公里。該網關/集中器還包含MAC層協議，對于高層它是透明的。

四、解決方案平臺架構：

解決方案系統架構為：網絡/應用服務器、LoRa 網關、LoRa 節點；

（1）網關

主要特點：

高品質的工業級元件，高水準的電氣設計，高密度集成的電路結構，使裝置擁有優異的電氣隔離和電磁屏蔽表現，極大提高了裝置的抗干擾性能與可靠性保障；

支持Modbus RTU/ASCII/TCP 、DNP3等通信協議；

具有RS-232、RS-485、Ethernet等通訊接口；

可選內置GPRS、CDMA、NB-IOT等通訊模塊；

看門狗及數據掉電保護功能，可長期保存設定參數及歷史數據；

工業標準設計，DIN導軌安裝方式，方便現場安裝；

工作溫度-40～80℃，空氣相對濕度≤95%，適應各種室外惡劣環境。

（2）壓力傳感器

技術指標：

被測介質：液體、氣體

壓力量程：0～60 MPa 可訂制

精度等級：0.5級

過載壓力： 150% F.S

上報周期：1分～12小時 可設定

小數位數：0～3位 可設定

信號傳輸：LoRa無線

發射功率：≤100mW

傳輸距離：≥2000m

工作電源：3.6V鋰電池

電池壽命：≥3年（1分鐘上傳一次）

過程接口：M20×1.5（或按要求訂制）

防爆等級：Exib ⅡB T4 Gb

外殼防護：IP65

工作環境溫度：-40℃～70℃

工作環境濕度：≤95% RH

產品重量： 1350g（凈重）

（3）溫度傳感器

技術指標：

被測介質：液體、氣體

溫度量程：-50℃～650℃（可訂制）

測量誤差：±1.0℃

上報周期：1分～12小時 可設定

小數位數：0～2位 可設定

信號傳輸：LoRa無線

發射功率：≤100mW

傳輸距離：≥2000m

工作電源：3.6V鋰電池

電池壽命：≥3年（1分鐘上傳一次）

防爆等級：本安型Exia ⅡB T4 GB

外殼防護：IP67

工作環境溫度：-40℃～80℃

工作環境濕度：≤97% RH

產品重量： 950g（凈重）

五、應用案例

1、智慧油田

智慧油田利用各種在線的、實時測量的感知設備，諸如安裝在油氣水井、管道、油氣處理、加工、儲運設備上的各種儀表等信息傳感設備，按約定的協議連接到企業網或/和互聯網相，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

2、智慧水務

智慧水務通過數采儀、無線網絡、水質水壓表等在線監測設備實時感知城市供排水系統的運行狀態，并采用可視化的方式有機整合水務管理部門與供排水設施，形成“城市水務物聯網”，并可將海量水務信息進行及時分析與處理，并做出相應的處理結果輔助決策建議，以更加精細和動態的方式管理水務系統的整個生產、管理和服務流程，從而達到“智慧”的狀態。

3、智慧供熱

智慧供熱基于物聯網技術應用的供熱管控一體化的平臺，它實現了從熱源、換熱站、管網到熱用戶的整個供熱系統的監控，實現了整個供熱系統的過程管理和運行管理，提高了供熱系統的管理手段，實現供熱系統的整體節能。調高調度效率，便于高層管理決策。

4、智慧燃氣

智慧燃氣,通過數據采儀、管壓、管網調度等在線監測設備、網絡，實時感知城市燃氣系統的運行狀態,實現燃氣管網的統一、集中管理，全面提升燃氣設施運營管理水平、規劃決策水平和客戶服務水平，解決因燃氣管網事故造成的安全隱患，還城市一個安全舒適的生活環境。

5、智慧消防

智慧消防平臺通過建立互聯網預警聯動機制，工況企業火患實時預警，使得消防監督人員及時收到各類預警信息并采取不同的流程及時處理，并可以利用智能消防終端設備對建筑物內消防設施的運行情況進行監控。

6、智慧倉儲

智慧倉儲通過溫濕度自動測控技術實現對所轄區域溫濕度數據進行24小時不間斷的監測、報警、記錄和數據存儲、查詢；對安裝于現場的空調、除濕機、加濕機等設備進行自動控制。

根據監控室所設置的參數進行現場報警，分庫區報警，監控主機報警，定向報警等；各分庫區的管理人員可查詢所負責區域的溫度歷史情況和實況；最終到庫房恒溫恒濕，集中控制，管控一體的目標，實現溫濕度的實時在線監管。