低功耗广域网LoRa技术进展与研究挑战

物联网的快速发展催生了大量新型的应用模式和互联生态,推动了产业数字化和智能化发展.物联网通过连接传感器、可穿戴设备、智能表计等低数据率、低功耗终端,赋予大量普通设备计算和联网的能力.随着应用场景和系统规模的扩展,传统无线技术难以适应物联网大规模、低功耗、远距离的设备组网要求.如何降低设备接入门槛、实现设备低功耗远距离连接,是当前物联网面临的重要挑战.LoRa(Long Range)作为一种代表性的低功耗广域网技术,有效解决了低功耗设备远距离连接问题,已成为物联网的核心支撑技术.然而LoRa在规模化应用中仍面临以下三方面重要挑战:(1)大规模连接场景高并发传输导致信号冲突,设备并发接入困难;(2)远距离无线链路信号衰减剧烈,弱信号可靠传输困难;(3)物联网共享信道异构协议干扰问题突出,广域异构共存困难.本文概述了现阶段低功耗广域物联网技术研究进展,重点阐述现有技术在实际应用场景中面临的三方面研究挑战及对应的技术方案.针对高并发冲突问题,现有研究提出冲突避免和并发解码方法;针对弱信号问题,现有研究在弱信号增强传输和接收端解码优化两个方面展开探索;针对异构协议竞争问题,现有研究设计了多种设计跨协议通信机制.本文综述了LoRa低功耗广域网最新相关研究,分析现有工作的创新点和局限性,并指出了低功耗广域网未来研究和发展的方向.

基于低功耗广域网的传感器网络通信方案

本文首先探讨了低功耗广域网技术(LPWAN)与传感器网络的集成,关注LoRa、Sigfox、NB-IoT及其优势,然后介绍了Zigbee、MQTT和CoAP等通信协议。最后,重点深入研究节能通信解决方案,包括负载循环、睡眠调度和数据聚合。通过这些策略,实现传感器网络能耗的优化,同时确保高效的数据传输。通过评估节能通信技术对网络性能的影响,体现出其在实现可持续和可扩展的传感器网络部署方面的重要性。

基于低功耗广域网的海岛水产养殖环境监测系统研制

针对海岛环境中水产养殖区域分散、工作环境恶劣、人工巡检不便等问题,设计了基于低功耗广域物联网的海岛养殖环境监测系统。系统包括集成Arduino和传感器的终端采集节点,通过LoRa技术实现数据汇总和远距离传输的汇聚网关,利用Python与PostgreSQL开发用于数据接收、存储、处理、访问和控制的后台监测系统。通过对网络拓扑复杂度、能耗等方面的评估,表明在海岛环境下部署水产养殖环境监测系统,相比传统Zigbee多跳无线传感网,采用LoRaWAN,其单跳节点覆盖范围更大,而网络复杂度、能耗等更优。测试表明该系统能以较低功耗实现整片区域内远距离数据采集,有效传输养殖区水体环境数据。网络生存期与传输可靠性测试表明,当传感器节点采用3.7 V/4 200 mAh锂电池,上传周期为30 min时,监测网络的有效生存期理论上可达2.4 a;在800 m通信范围内,发射功率为20 mW时,节点丢包率小于3.6%,具有较高的通信可靠性。该研究可为水产养殖生产和物联网应用研究提供有效参考。

低功耗广域网络技术综述

低功耗广域网(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN)是当今物联网接入网技术的主要热点之一、相较于传统的移动蜂窝技术(如2G、3G、4G等)和短距离通信技术(如蓝牙、Zigbee等),LPWAN具备低成本、低功耗、广覆盖、大连接的特点,能很好地与物联网应用需求相匹配。文章以分析物联网接入网络需求为起点,讨论LPWAN技术特点以及国内外的发展现状;然后,针对几种当今主流LPWAN技术,包括NB-IoT、LoRaWAN、Weightless、Sigfox,从技术背景和关键技术点等方面分别展开讨论,并综合讨论各技术的性能属性和商业化发展进程;最后,在总结物联网低功耗广域接入技术的同时提出展望。

农业科技园区低功耗广域网络搭建实践与展望

比较了现有各种低功耗广域网络(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN)的优缺点和发展态势,针对窄带物联网(NB-IoT)和LoRa两种主流通讯协议进行了重点介绍和优缺点分析,介绍了在农业科技园区进行实际搭建LoRa环境的情况,给出了本实验环境下的设施大棚点位测试和可视距离测试,提出了设施大棚传感器点位放置建议。对农业生产经营者和农业科技园区管理者在物联网网络选择方面给出了参考建议,对于规模不太大、电信网络覆盖良好的园区,建议选择NB-IoT技术来搭建自己的物联网;对于规模很大、电信网络覆盖又比较差的园区,建议组建自己的LoRaWAN网络开展物联网应用。最后,对5G、LPWAN、区块链、边缘计算等新一代信息技术的综合应用将助力构建未来价值物联网络进行了展望。

基于数据挖掘的RPMA低功耗广域网网络规划方法

针对RPMA低功耗广域网基站密度大、业务分布不均匀等特点,提出了一种基于数据挖掘的网络规划方法。首先,利用提升回归树算法建立了信号质量预测模型,用于提取网络的覆盖分布空间模式;然后,针对覆盖分布空间模式,采用加权k-centroids分簇算法得到适应当前模式的最优基站部署;最后,根据总目标函数判定得到最终的基站拓扑。通过真实数据集的仿真实验结果表明,与传统的网络规划方法相比,所提的方法很好地提升低功耗广域网网络的覆盖质量。

低功耗广域网在电网的物联应用

针对智能电网的发展趋势及现实要求,为了切实推进智能电网物联信息化建设,提出以低功耗广域网构建电网物联通信架构来规划物联应用。结果表明:这种架构在整体网络部署设计上充分借鉴成熟的运营级设计方案,为匹配带宽限制而使用的前端识别新方案实现了非数字设备的数据采集,解决了电力监测的一块盲区。可见这一物联应用能充分发挥低功耗广域网在能耗、容量上的优势,最大化实现了电力设备的数据互联,突破了变电站单点区域监控监测范围,实现了全网线路上安全监测的覆盖,并可进一步推广到其它行业以推进工业生产智慧化。

物联网低功耗广域网络技术及芯片综述

随着全球物联网(IoT)产业技术的进一步发展,对于低带宽、低功耗、远距离、大量数据连接的物联网应用需求愈发增加,其中低功耗广域网络(LPWAN)技术正是为满足此需求应运而生的远距离无线通信技术。LPWAN技术可分为两类:一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术,另一类是工作于授权频谱的NB-IoT等技术。本文分析了现有的国内外LPWAN技术的优劣势以及芯片开发情况,并对未来LPWAN的发展提出了思考和建议。

基于LoRa技术的低功耗广域网通信应用设计

LoRa是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术,随着我国高新技术产业的不断发展,LoRa低功耗广域网通信技术在大规模化的农业种植以及工业制造等领域应用越来越广泛,具有良好的行业发展前景。应用LoRa技术构建低功耗传感网络,设计出一个网关,支持多个终端,在终端实现对温度、湿度等数据的采集,速率优于1kb/ps,覆盖直径大于3km,通过实验测试达到较好的性能。

LoRa技术在低功耗广域网络中的实现和应用

低功耗广域网技术发展如火如荼,Long Range(LoRa)以及由此而来的Long Range Wide Area Network(LoRaWAN)系统在其中占据重要地位,商用化程度较高。从描述LoRa技术当前进展开始,阐述典型LoRaWAN系统的组成和作用,结合大量不同环境下的网络测试和应用案例,探讨运营商和企业联盟在推动低功耗广域网建设方面的特点。同时,展示LoRaWAN技术的部分优势、当前现状和可预见的未来,最后分析当窄带物联网技术到来以后,LoRaWAN与之共存的可能和差异化市场服务的战略。

低功耗广域网络产业现状及国内市场前景

当今万物互联的时代,大量设备连接的需求促使"低功耗广域网络"技术标准的和商用化进展加速,成为物联网领域最为热门的话题。文章从补齐物联网通信层短板的角度分析低功耗广域网络在物联网产业中的地位,并对低功耗广域网络的发展历程进行回顾。针对当前低功耗广域网络商用中的市场格局,阐述以NB-IoT、LoRa为代表的两大主流阵营的市场格局,并从产业经济学的角度,对NB-IoT、LoRa产业链各环节的市场集中度进行对比分析,探索国内市场上低功耗广域网络的市场竞争状况,并认为最终NB-IoT、LoRa可能都会成为该领域主流技术,两者将定位于不同市场领域,共存发展。

基于低功耗广域网无线通讯技术的配电网监测通信终端的设计与实现

针对智能配电网应用提出的通信需求,基于窄带物联网技术,设计了一种可满足多传感器,实现低功耗广域网数据传输的通信模块。将内核为ARMCortex-M3的STM32作为主控芯片,采用海思公司设计生产的NBIoT芯片作为通信芯片。经实验测试,该模块具有收发速度快、性能稳定、外形小巧、性价比高等优点,满足配电物联网的应用需求。

低功耗广域网“广覆盖”的研究及思考

以NB-IoT(窄带物联网)为例,论述LPWAN(低功耗广域网)的特点。重点针对LPWAN"广覆盖"这一特点进行理论仿真与现场实地测试,选取道路覆盖、楼宇覆盖、居民区覆盖以及窨井盖应用这四类测试场景,指出在上海这类特大城市复杂地形环境、无线电磁环境以及物联网终端部署位置特殊等情况下,"广覆盖"的实际性能并未满足理论特性。基于此,文章对物联网建设和应用场景提出思考和建议。

低功耗广域网络在长江数字航道应用中的思考

长江航道局在"十五"期间启动了数字航道技术试验和应用示范,"十一五"期末制定了长江数字航道实施方案并全面推进了数字航道的工程建设,旨在推动传统的航道维护管理和公共服务由人工模式、劳动密集型向数字化网络化、技术服务型转型发展。论文以长江数字航道建设与应用为依托,简述了低功耗广域网络LPWAN(Low Power Wide Area Network)的概念,设计了长江数字航道总体架构下的低功耗广域网络结构,从满足广范围、远距离航道通信连接的角度分析了预期效果,为数字航道向智能航道转型升级探索技术方案。

基于低功耗广域网技术的电力直流设备蓄电池综合监测系统研究

电力直流设备蓄电池是配电站房、环网柜等站用电源中直流供电系统的重要组成部分,为了实时准确获取蓄电池的运行状态,提出了一种基于低功耗广域网技术的电力直流设备蓄电池综合监测系统。首先,通过部署在直流设备蓄电池旁边的综合监测传感器,实时采集整组电池的组电压、充放电电流和电池阴极温度,并通过低功耗广域(LPWAN)通信网络,将数据传输到通信基站;其次,通信基站通过以太网或专网、公网4G通信技术,将数据传输到电力直流设备蓄电池信息综合管理平台,并运用"基于天牛须算法优化的BP神经网络算法(BAS-BP)"在线分析评估蓄电池的健康程度(SOH);最后,通过实际数据表明该系统能够快捷有效地检测早期失效电池并预测蓄电池性能变化趋势,为蓄电池的稳定安全运行护航,保证有效可靠供电。

LoRa技术在低功耗广域网络中的实现研究

LoRa技术的使用使得扩频技术发展为民用产品以及工业产品,在低功耗广域网络中的意义较为重要。基于此,本文说明了LoRa技术的特点,分析了基于LoRa技术的低功耗广域网络的系统架构,阐述了基于LoRa技术的低功耗广域网络在典型环境中的覆盖率测试。

LoRa技术在低功耗广域网络中的实现和应用

先进科学技术的不断发展和完善,为低功耗广域网技术的研发和应用创造了十分有力的环境,如将LongRange(LoRa)技术运用于低功耗广域网络中,有效地降低了该网络的使用成本和技术含量,为低功耗广域网络由专业化向商业化的转型奠定了坚实的基础。文章在参考相关研究资料之后,对LoRa技术的特点进行了详细的总结,并根据笔者多年的工作经验,阐述了低功耗广域网络在融合LoRa技术后的应用价值,力求为我国物联网通信事业的持续发展谏言献策。

基于低功耗广域网构建新型水联网的探讨

指出了应用创新是物联网发展的核心,以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。物联网在水利行业的应用,可称为水联网。水利行业的数据更多的是海量的小数据,为满足海量小数据连接需求,低功耗广域网(Low-Power Wide-Area Network,简称LPWAN)应运而生。低功耗广域网可构建一个全新的物联网架构,其低功耗、高穿透、低成本等特征将促进LPWAN在水利行业的应用,极大地推动水联网的建设。

低功耗广域网在电磁环境复杂厂区的应用

由于厂区内有大量的金属结构和机电设备,电磁环境复杂,LPWAN的应用效果难以判断。本文研究LPWAN节点的理想部署方式,并在具有代表性的复杂电磁环境下进行通信测试,研究LoRa近距离、中远距离和NB-IoT中远距离的数据收发情况。实际应用和测试结果表明,影响LPWAN通信丢包的主要因素是金属结构的屏蔽性、机电设备的电磁干扰,而不是通信距离。在电磁环境复杂的厂区应用LPWAN,应采用轮询收发,天线延长线套装屏蔽网等措施;要尽量将发送端的LPWAN终端布置在厂房的高处,做到收发对视,以减少电磁干扰。

基于低功耗广域物联网的装配式建筑施工过程信息化解决方案

针对目前装配式建筑施工过程中信息交流不及时、信息化程度低等问题,提出了一种采用LoRa无线通信的低功耗广域物联网技术作为装配式建筑施工过程信息化解决方案。对施工过程的现状和存在的问题进行了分析,介绍了LoRa的技术特性,阐述了方案过程、关键设备以及方案效益。通过使用物联网使装配式建筑施工达到实时定位与无线通信。使用大数据平台对工地进行数字化管理,为装配式建筑的进一步信息化以及未来与物联网技术的应用结合奠定了基础。