基于LoRa远距离无线通讯技术的传感网络概述

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。

特点优势

灵敏度-148dBm

远距离

通讯距离>15km

最小的基础设施成本

易于建设和部署使用网关/集中器扩展系统容量

电池寿命>5年

延长电池寿命接收电流10mA，休眠电流<200nA

免牌照的频段

低成本

节点/终端成本低

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：0～60MPa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（1分钟上传一次）

过程接口：M20×1.5（或按要求订制）

防爆等级：ExibⅡB T4Gb

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（1分钟上传一次）

防爆等级：本安型ExiaⅡB T4GB

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。