低功耗广域LoRa技术研究及在高原藏区的相关应用探索

白宇嘉 尼玛扎西

摘要：随着近年来物联网技术的飞速发展，物联网的相关技术不断得到改进和更新。但是，仍然存在许多问题。因此，基于扩频的无线通信技术LoRa已经出现，其低功耗和广泛覆盖非常适合于大规模部署网络。高原藏区地广人稀，气候环境相对复杂多变，在物联网部署方面，对硬件和技术的要求更严格，鉴于 LoRa技术的特点，该文旨在探讨该技术在青藏高原的应用。

关键词：LoRa技术;高原藏区;应用探索

中图分类号：TP311        文献标识码：A        文章编号：1009-3044（2018）34-0021-02

1 LoRa技术

LoRa（Long Rang）技术是Semtech于2013年8月发布的基于1 GHz以下的新型非授权频谱。超远程，低功耗数据传输技术，具有低功耗，长距离，低成本和大覆盖范围。该技术针对物联网应用，与业界其他先进的Sub-GHz芯片相比，接收灵敏度为-148 dBm。最高接收灵敏度提高了20 dB以上，确保了网络连接的可靠性。它不仅可部署在私有网络，还可部署在公开网络。LoRa采用自适应数据速率策略，最大网络优化每个终端节点的通信数据速率，输出功率，带宽和扩频因子[1]。它具有低至10 mA的接收电流和低于200 nA的休眠电流，从而缩短电池寿命并延长电池寿命。理论上，终端设备可以使用5号电池超过10年。低功耗从而延长了电池寿命、增加了网络容量。

LoRa采用线性扩频调制技术，链路预算高达157dB，通信距离可达15km。LoRa网络工作在未经许可的频段。LoRa信号对于建筑物来说也非常具有穿透力，这些技术更适合低成本，大规模的物联网部署。LoRa网络架构由终端节点（内置LoRa模块），网关，网络服务器和应用服务器组成[2]。LoRa网络架构是典型的星形拓扑，当实现长距离连接时，终端节点和网关之间信息的交互可直接进行，更好地减少网络复杂性和能量损耗。

为了促进LoRa技术的大规模商业化使用，LoRa联盟于2015年3月宣布成立，是一个开放的非营利组织。我们高度重视生态系统建设，与产业链各环节合作，积极推动LoRa技术的商业化[3]。到目前为止，该联盟拥有超过330个成员，包括IBM，思科，中兴和其他世界级制造商。经过三年物联网领域的深入研究，LoRa取得了丰硕成果。根据目前的公开数据，全球有16个国家正在部署LoRa网络，56个国家正在开始试点。其中，荷兰的运营商KPN Telecom和韩国的SK Telecom建立了覆盖全国的LoRa网络。2016年年初，在 LoRa联盟的支持下，中国 LoRa应用联盟（ CLAA， China Lora Application Alliance）由中兴通讯发起成立，其成员由低功耗，覆盖国内外物联网的企业，机构和组织组成。CLAA积极推动LoRa技术在中国的开发和应用，并建立符合国内环境的多服务共享，低成本，广泛覆盖和运营的LoRa物联网应用[4]。在东方测控，中国电力港，中国之星测控等众多公司的参与下，CLAA将进一步加大力度推动LoRa技术在中国的应用。LoRa联盟的许多成员都加入了公司。预计它将在物联网领域形成巨大优势，创造更多奇迹。目前可以看到的公共应用是由国内AUGTEK公司在京杭大运河上建设的LoRa网络（智能通道）[5]。

2 LoRa技术在高原藏区的应用探索

与传统技术相比，如 Wifi，蓝牙， ZigBee等相对成熟的无线技术，这项技术非常适合需要具有低功耗，长距离，大容量和可定位跟踪的物联网应用[6]。西藏自治区主要产业之一是畜牧业，牧区面积广阔，牧区草场植被茂盛，牧民家庭牦牛等牲畜数量相对较多。高原藏区地广人稀，气候环境复杂多变，对相关硬件及技术要求较其他地区而言有所不同，结合当地的特点， LoRa技术能很好地适应高原地区的环境特点，尤其是在更高海拔、环境更恶劣的地区使用。

西藏高原牧区作为地球的第三极，生态环境的保护是自治区首要任务之一，所以对生态环境的保护需求甚至超越了经济的发展需求，在经济发展的同时，保护生态环境是一个必须考虑的关键问题。

目前智慧牧业的发展过程中如何高效精确地识别自然环境的变化都是智能制造、智慧牧业良好的体现点。通过 LoRa网络技术实现对牧区植被生长情况的监测和植被覆盖情况的预估以及对牦牛的定位跟踪，将监控区域自然环境的定期水文、水质等相关监测到的数据通过终端进行回传。以便管理者做出判断将牦牛等牲畜放牧到草场茂盛的区域，让相对稀疏的草场得到很好的生长。最大化地利用草场资源，以保护高原草场资源。让牦牛可以长期处于优质的草场，以便达到草场环境的保护和植被的利用以及牦牛生长的互利互赢的效果。并对牧区牲畜进行监测，时刻了解其动态位置信息，以便牧民对其数量进行远程监测。

针对藏区环境特点，可通过低成本 LoRa技术来实现，通过每7公里左右直径范围内部署一台 LoRa基站，可以完美得解决牧区场景下低频数据回传的弊端点，最终达到人员投入少，精确饲养的目的，生态环境得到很好的保护，真正实现了畜牧业的发展和生態环境的保护。生态系统竞争是低功耗物联网发展的关键，而LoRa技术拥有完整的生态系统。所以可以说LoRa技术与生态系统竞争的完美契合[7]。

3 结束语

高原藏区作为全国生态环境重点保护区域，在当前智慧城市、智慧农业、智慧牧业建设社会大背景下，在西藏的未来建设规划中，智慧也将尤为重要，但西藏在建设智慧方面必须将生态环境的保护作为首要考虑的因素之一。并且结合西藏地区的自然环境的特征，在建设智慧城市、智慧牧区当中，不是每一项技术都适用于本地区的特点。在无线通信技术的选取上，LoRa技术的特点无疑非常好的契合了西藏地区的自然环境特点和生态环境保护的要求。因此，LoRa技术是西藏智慧城市和智能牧区发展中无线通信技术选择的不错选择。

参考文献：

[1] 唐山. 基于LoRaWan的广域物联网技术研究及实现[D]. 电子科技大学， 2018.

[2] 孙景峰， 常铖， 陈江陵，等. 一种基于LoRa技术的门禁控制器及管理系统， Based LoRa technology access control and management systems：， CN 106934905 A[P]. 2017.

[3] 侯义斌， 王进. LoRaWAN技术研究[J]. 读书文摘， 2017（13）.

[4] 吴毅， 夏婷婷， 李润青. 基于NB-IoT及LORA的技术分析和应用展望[J]. 中国管理信息化， 2018（3）：162-164.

[5] 幸进， 李梦婕， 方勇，等. LoRa通信技术的研究与应用[J]. 设备管理与维修， 2018（1）：92-94.

[6] 吴振荣. 无线智能家居成未来主流ZigBee技术受关注[J]. 中国安防， 2015（z2）：118-120.

[7] 刘勇. 基于LORA技术的智慧园区物联网应用研究[J]. 数字通信世界， 2017（8）.

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