基于LoRa远距离无线通讯技术的传感网络概述

一、背景概述：

　　2013年8月，Semtech向业界发布了一种新型的，基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术（简称LoRa）的芯片。其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm，与业界其他先进水平的sub-GHz芯片相比，最高的接收灵敏度改善了20db以上，其功耗极低。

LoRa 作为低功耗广域网（LPWAN）的一种长距离通信技术，近些年受到越来越多的关注。随着物联网从近距离到远距离的发展，必将会产生一些新的行业应用和商务模式。Cisco、IBM、Semtech、Microchip等正在积极推广LoRa技术。

二、技术特点：

LoRa的优势在于技术方面的长距离能力。LoRa技术在高性能、远距离、低功耗，支持大规模组网，测距和定位等方面突出的特点，这使得该方案（终端+网关）成为物联网大规模推广应用的一种理想的技术选择。

LoRa是低功耗广域网通信技术中的一种，是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统的无线系统使用频移键控（FSK）调制作为物理层，因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。LoRa是基于线性调频扩频调制，它保持了像FSK调制相同的低功耗特性，但明显地增加了通信距离。

LoRa技术本身拥有超高的接收灵敏度（RSSI）和超强信噪比（SNR）。此外使用跳频技术，通过伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱，防止定频干扰。

三、LoRa网络架构

在网状网络中，个别终端节点转发其他节点的信息，以增加网络的通信距离和网络区域规模大小。虽然这增加了范围，但也增加了复杂性，降低了网络容量，并降低了电池寿命，因节点接受和转发来自其他节点的可能与其不相关的信息。当实现长距离连接时，长距离星型架构最有意义的是保护了电池寿命。

如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率20dBm，（100mW），那么在高建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10公里。该网关/集中器还包含MAC层协议，对于高层它是透明的。

四、解决方案平台架构：

解决方案系统架构为：网络/应用服务器、LoRa 网关、LoRa 节点；

（1）网关

　　主要特点：

高品质的工业级元件，高水准的电气设计，高密度集成的电路结构，使装置拥有优异的电气隔离和电磁屏蔽表现，极大提高了装置的抗干扰性能与可靠性保障；

　　支持Modbus RTU/ASCII/TCP 、DNP3等通信协议；

　　具有RS-232、RS-485、Ethernet等通讯接口；

　　可选内置GPRS、CDMA、NB-IOT等通讯模块；

　　看门狗及数据掉电保护功能，可长期保存设定参数及历史数据；

　　工业标准设计，DIN导轨安装方式，方便现场安装；

工作温度-40～80℃，空气相对湿度≤95%，适应各种室外恶劣环境。

（2）压力传感器

　　技术指标：

　　被测介质：液体、气体

　　压力量程：0～60 MPa 可订制

　　精度等级：0.5级

　　过载压力： 150% F.S

　　上报周期：1分～12小时 可设定

　　小数位数：0～3位 可设定

　　信号传输：LoRa无线

　　发射功率：≤100mW

　　传输距离：≥2000m

　　工作电源：3.6V锂电池

　　电池寿命：≥3年（3分钟上传一次）

　　过程接口：M20×1.5（或按要求订制）

　　防爆等级：Exib ⅡB T4 Gb

　　外壳防护：IP65

　　工作环境温度：-40℃～70℃

　　工作环境湿度：≤95% RH

产品重量： 1350g（净重）

（3）温度传感器

　　技术指标：

　　被测介质：液体、气体

　　温度量程：-50℃～650℃（可订制）

　　测量误差：±1.0℃

　　上报周期：1分～12小时 可设定

　　小数位数：0～2位 可设定

　　信号传输：LoRa无线

　　发射功率：≤100mW

　　传输距离：≥2000m

　　工作电源：3.6V锂电池

　　电池寿命：≥3年（3分钟上传一次）

　　防爆等级：本安型Exia ⅡB T4 GB

　　外壳防护：IP67

　　工作环境温度：-40℃～80℃

　　工作环境湿度：≤97% RH

产品重量： 950g（净重）

五、应用案例

1、智慧油田

智慧油田利用各种在线的、实时测量的感知设备，诸如安装在油气水井、管道、油气处理、加工、储运设备上的各种仪表等信息传感设备，按约定的协议连接到企业网或/和互联网相，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

2、智慧水务

智慧水务通过数采仪、无线网络、水质水压表等在线监测设备实时感知城市供排水系统的运行状态，并采用可视化的方式有机整合水务管理部门与供排水设施，形成“城市水务物联网”，

并可将海量水务信息进行及时分析与处理，并做出相应的处理结果辅助决策建议，以更加精细和动态的方式管理水务系统的整个生产、管理和服务流程，从而达到“智慧”的状态。

3、智慧供热

智慧供热基于物联网技术应用的供热管控一体化的平台，它实现了从热源、换热站、管网到热用户的整个供热系统的监控，实现了整个供热系统的过程管理和运行管理，提高了供热系统的管理手段，实现供热系统的整体节能。调高调度效率，便于高层管理决策。　　

4、智慧燃气

智慧燃气,通过数据采仪、管压、管网调度等在线监测设备、网络，实时感知城市燃气系统的运行状态,实现燃气管网的统一、集中管理，全面提升燃气设施运营管理水平、规划决策水平和客户服务水平，解决因燃气管网事故造成的安全隐患，还城市一个安全舒适的生活环境。

5、智慧消防

智慧消防平台通过建立互联网预警联动机制，工况企业火患实时预警，使得消防监督人员及时收到各类预警信息并采取不同的流程及时处理，并可以利用智能消防终端设备对建筑物内消防设施的运行情况进行监控。

6、智慧仓储

智慧仓储通过温湿度自动测控技术实现对所辖区域温湿度数据进行24小时不间断的监测、报警、记录和数据存储、查询；对安装于现场的空调、除湿机、加湿机等设备进行自动控制。

根据监控室所设置的参数进行现场报警，分库区报警，监控主机报警，定向报警等；各分库区的管理人员可查询所负责区域的温度历史情况和实况；最终到库房恒温恒湿，集中控制，管控一体的目标，实现温湿度的实时在线监管。

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