浅析LoRa技术在军事后勤保障系统中的应用

张秀功

在未来信息化战场中，对信息通信系统组网快速便捷，功率损耗低，传输距离远，抗干扰性强等特性要求越来越严格，尤其在沙漠、丘陵等荒无人烟的地区，如何更精准快速进行保障，无疑是对信息通信系统提出了更为苛刻地要求和标准。本文旨在利用LoRa技术自身的优势和特点，设计一套能够及时进行采集和反馈人员求救，物资需求和弹药消耗等信息的军事后勤保障系统，即先由系统将接收到的所有战场信息进行归纳分类，而后由指挥所或相关保障组对接收到的战场信息进行分析、研判和处理。

一、系统总体设计

军事后勤保障系统由访问平台、服务器、LoRa基站（网关）和无线终端节点四部分组成。其中访问平台是指电脑终端，能够进行数据的访问查看和分析处理，为指挥所或相关保障组拟制方案、调配物资等活动提供可靠地条件支撑;服务器不仅负责上传数据的优化和处理，而且其数据库还能将数据进行存储;LoRa基站主要负责对上（服务器）和对下（无线终端节点）的数据交互，所以该系统可以有效进行指令的上传下达;无线终端节点主要由作战分队/单兵进行操作，它不仅有人机交互界面，可以向指挥所发送食品、药品和弹药等物资装备需求;而且还有智能感应系统，能够实时检测单兵体征、位置和战场环境等信息。

二、系统网络架构设计

LoRa技术采用LoRaWAN网络协议[1]，在这个网络架构中，主要由服务器、基站（网关）、无线终端节点三部分组成。其中基站（网关）就是一个透明的中继，主要负责服务器和无线终端节点之间数据的转发，且无线终端节点均采用单跳与一个或多个基站（网关）进行接收和发送的双向通信。较比以前许多相对成熟的无线传输网络而言，其具有续航时间长、数据传输稳定、网络结构清晰等优势，能够实现网络的自我组织、自我维护与自我管理以及构建各类网络通信接口，实现与联合战术通信网络系统的多方式多手段的综合接入。再者，LoRa采用的调制技术是扩频，所以可以在组网运用中，使用不同的频率和传输速率，这样能够有效缓解LoRa基站（网关）中数据并行的压力。

三、系统硬件设计

本文选取Semtech公司推出的SX1278扩频技术芯片[2]，首先是SX1278芯片主要应用于443MHz、470MHz频带，接收灵敏度达-139dBm，且扩频因子选择范围是6-12个，其次是因为SX1278芯片属于LoRa扩频调制技术，相比于通过增大发射功率来提高通信距离的常规技术，它的优势是调制增益（不会增加额外功耗）;最后是因为SX1278芯片的电流消耗较低（休眠<0.2μA，空闲=1.6mA，接收=12mA，最大发射功率=120mA），SX1278芯片是由终端MCU进行控制的，即通过“中断+定时器超时”的方式，一旦发送和接收的状态结束，就立即进入休眠状态[3]。下面分别介绍无线终端节点和LoRa基站的硬件示意图。

3.1无线终端节点示意图

本文主要选取TI公司生产的MSP430G系列[2]为主控芯片进行简要介绍及说明，因MSP430G系列是一款具有16位RISC结构和一定处理能力的单片机，拥有5种省电模式，即LPM0-LPM4，功率消耗超低，而且MSP430G系列中继机制很完善，可以有效控制CPU和各个模块，基本达到了无线终端节点的设计需求。

如圖2所示，无线终端节点主要由核心芯片、射频模块、电源模块、保密模块、传感设备、显控设备等组成。其主要任务是完成相关数据的采集和发送，以及对基站发送来的数据进行响应和接收，即一方面通过传感设备采集生命体征（血压、心率、体温等）、位置信息、战场环境等相关数据，和需要汇报的武器弹药损耗、食品药品需求、战场环境情况等信息均可通过无线终端节点发送到LoRa基站，申请装备物资保障或受伤人员救治等等;另一方面，无线终端节点对LoRa基站传送来的指令进行响应，作战分队/单兵能够及时接收指挥所或保障组根据现有物资实力及战场情况作出的处理意见和决定（组织救援、物资派送等）。

3.2 LoRa基站示意图

本文主要选取ST公司推出的基于CortexM3内核的STM32F1系列为主控核心芯片进行简要介绍及说明，因其具有低至13μA左右的功耗，最高可达72MHz的工作频率和拥有20KB的片内SRAM等特性[2]，基本满足了基站的设计需求，同时要想使系统的功耗达到最优，则还需在睡眠、停机、待机3种模式之间进行合理的切换和平衡。

如图3所示，LoRa基站主要由核心芯片、射频模块、电源模块、加密处理器等组成。其主要任务是完成数据的上传下达，即一方面能够通过LoRa无线网络采集接收终端数据，然后通过联合战术通信网络传输至指挥所（服务器）进行数据分析，另一方面，LoRa基站接收指挥所下达的指令，然后通过LoRa无线网络传输至无线终端节点。

四、小结

实现器材装备、武器弹药、供养补给、人员搜救等支援保障的“精确化”，是未来信息化条件下部队后勤保障的趋势，相关系统有待进一步开发和完善，我们要充分运用以信息技术为核心的高科技手段、现代化管理模式和创新技术成果，在确保符合各项规章制度的前提下，结合部队信息通信系统装备的保密性、实用性、复杂性和极端性等相关要求，合理的筹划、建设和运用后勤保障力量，促使后勤保障适时、适地、适量达到尽可能“精确化”的程度，确保保障资源的合理化、节约化和最大化。最后，该系统及LoRa相关技术在军事后勤保障上的运用都具有一定的参考意义。

参  考  文  献

[1]刘磊，孙超山.低功耗远距离无线通信技术及其军事应用分析[J].通信技术，2018，51（02）：331-336.

[2]陈彪，揭晶方，张伟，沈琼霞.基于LoRa的智能农业系统设计与实现[J].计算机测量与控制，2018，26（10）：128-132.

[3]彭飞飞.低功耗长距离无线收发模块设计与实现[D].电子科技大学，2016.