低功耗廣域LoRa技術研究及在高原藏區的相關應用探索

白宇嘉 尼瑪扎西

摘要：隨著近年來物聯網技術的飛速發展，物聯網的相關技術不斷得到改進和更新。但是，仍然存在許多問題。因此，基于擴頻的無線通信技術LoRa已經出現，其低功耗和廣泛覆蓋非常適合于大規模部署網絡。高原藏區地廣人稀，氣候環境相對復雜多變，在物聯網部署方面，對硬件和技術的要求更嚴格，鑒于 LoRa技術的特點，該文旨在探討該技術在青藏高原的應用。

關鍵詞：LoRa技術;高原藏區;應用探索

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）34-0021-02

1 LoRa技術

LoRa（Long Rang）技術是Semtech于2013年8月發布的基于1 GHz以下的新型非授權頻譜。超遠程，低功耗數據傳輸技術，具有低功耗，長距離，低成本和大覆蓋范圍。該技術針對物聯網應用，與業界其他先進的Sub-GHz芯片相比，接收靈敏度為-148 dBm。最高接收靈敏度提高了20 dB以上，確保了網絡連接的可靠性。它不僅可部署在私有網絡，還可部署在公開網絡。LoRa采用自適應數據速率策略，最大網絡優化每個終端節點的通信數據速率，輸出功率，帶寬和擴頻因子[1]。它具有低至10 mA的接收電流和低于200 nA的休眠電流，從而縮短電池壽命并延長電池壽命。理論上，終端設備可以使用5號電池超過10年。低功耗從而延長了電池壽命、增加了網絡容量。

LoRa采用線性擴頻調制技術，鏈路預算高達157dB，通信距離可達15km。LoRa網絡工作在未經許可的頻段。LoRa信號對于建筑物來說也非常具有穿透力，這些技術更適合低成本，大規模的物聯網部署。LoRa網絡架構由終端節點（內置LoRa模塊），網關，網絡服務器和應用服務器組成[2]。LoRa網絡架構是典型的星形拓撲，當實現長距離連接時，終端節點和網關之間信息的交互可直接進行，更好地減少網絡復雜性和能量損耗。

為了促進LoRa技術的大規模商業化使用，LoRa聯盟于2015年3月宣布成立，是一個開放的非營利組織。我們高度重視生態系統建設，與產業鏈各環節合作，積極推動LoRa技術的商業化[3]。到目前為止，該聯盟擁有超過330個成員，包括IBM，思科，中興和其他世界級制造商。經過三年物聯網領域的深入研究，LoRa取得了豐碩成果。根據目前的公開數據，全球有16個國家正在部署LoRa網絡，56個國家正在開始試點。其中，荷蘭的運營商KPN Telecom和韓國的SK Telecom建立了覆蓋全國的LoRa網絡。2016年年初，在 LoRa聯盟的支持下，中國 LoRa應用聯盟（ CLAA， China Lora Application Alliance）由中興通訊發起成立，其成員由低功耗，覆蓋國內外物聯網的企業，機構和組織組成。CLAA積極推動LoRa技術在中國的開發和應用，并建立符合國內環境的多服務共享，低成本，廣泛覆蓋和運營的LoRa物聯網應用[4]。在東方測控，中國電力港，中國之星測控等眾多公司的參與下，CLAA將進一步加大力度推動LoRa技術在中國的應用。LoRa聯盟的許多成員都加入了公司。預計它將在物聯網領域形成巨大優勢，創造更多奇跡。目前可以看到的公共應用是由國內AUGTEK公司在京杭大運河上建設的LoRa網絡（智能通道）[5]。

2 LoRa技術在高原藏區的應用探索

與傳統技術相比，如 Wifi，藍牙， ZigBee等相對成熟的無線技術，這項技術非常適合需要具有低功耗，長距離，大容量和可定位跟蹤的物聯網應用[6]。西藏自治區主要產業之一是畜牧業，牧區面積廣闊，牧區草場植被茂盛，牧民家庭牦牛等牲畜數量相對較多。高原藏區地廣人稀，氣候環境復雜多變，對相關硬件及技術要求較其他地區而言有所不同，結合當地的特點， LoRa技術能很好地適應高原地區的環境特點，尤其是在更高海拔、環境更惡劣的地區使用。

西藏高原牧區作為地球的第三極，生態環境的保護是自治區首要任務之一，所以對生態環境的保護需求甚至超越了經濟的發展需求，在經濟發展的同時，保護生態環境是一個必須考慮的關鍵問題。

目前智慧牧業的發展過程中如何高效精確地識別自然環境的變化都是智能制造、智慧牧業良好的體現點。通過 LoRa網絡技術實現對牧區植被生長情況的監測和植被覆蓋情況的預估以及對牦牛的定位跟蹤，將監控區域自然環境的定期水文、水質等相關監測到的數據通過終端進行回傳。以便管理者做出判斷將牦牛等牲畜放牧到草場茂盛的區域，讓相對稀疏的草場得到很好的生長。最大化地利用草場資源，以保護高原草場資源。讓牦牛可以長期處于優質的草場，以便達到草場環境的保護和植被的利用以及牦牛生長的互利互贏的效果。并對牧區牲畜進行監測，時刻了解其動態位置信息，以便牧民對其數量進行遠程監測。

針對藏區環境特點，可通過低成本 LoRa技術來實現，通過每7公里左右直徑范圍內部署一臺 LoRa基站，可以完美得解決牧區場景下低頻數據回傳的弊端點，最終達到人員投入少，精確飼養的目的，生態環境得到很好的保護，真正實現了畜牧業的發展和生態環境的保護。生態系統競爭是低功耗物聯網發展的關鍵，而LoRa技術擁有完整的生態系統。所以可以說LoRa技術與生態系統競爭的完美契合[7]。

3 結束語

高原藏區作為全國生態環境重點保護區域，在當前智慧城市、智慧農業、智慧牧業建設社會大背景下，在西藏的未來建設規劃中，智慧也將尤為重要，但西藏在建設智慧方面必須將生態環境的保護作為首要考慮的因素之一。并且結合西藏地區的自然環境的特征，在建設智慧城市、智慧牧區當中，不是每一項技術都適用于本地區的特點。在無線通信技術的選取上，LoRa技術的特點無疑非常好的契合了西藏地區的自然環境特點和生態環境保護的要求。因此，LoRa技術是西藏智慧城市和智能牧區發展中無線通信技術選擇的不錯選擇。

參考文獻：

[1] 唐山. 基于LoRaWan的廣域物聯網技術研究及實現[D]. 電子科技大學， 2018.

[2] 孫景峰， 常鋮， 陳江陵，等. 一種基于LoRa技術的門禁控制器及管理系統， Based LoRa technology access control and management systems：， CN 106934905 A[P]. 2017.

[3] 侯義斌， 王進. LoRaWAN技術研究[J]. 讀書文摘， 2017（13）.

[4] 吳毅， 夏婷婷， 李潤青. 基于NB-IoT及LORA的技術分析和應用展望[J]. 中國管理信息化， 2018（3）：162-164.

[5] 幸進， 李夢婕， 方勇，等. LoRa通信技術的研究與應用[J]. 設備管理與維修， 2018（1）：92-94.

[6] 吳振榮. 無線智能家居成未來主流ZigBee技術受關注[J]. 中國安防， 2015（z2）：118-120.

[7] 劉勇. 基于LORA技術的智慧園區物聯網應用研究[J]. 數字通信世界， 2017（8）.

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