文档介绍：该【基于Lora通信技术实现智慧城市应用构建生态化物联网 】是由【业精于勤】上传分享，文档一共【12】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【基于Lora通信技术实现智慧城市应用构建生态化物联网 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。基于Lora通信技术实现智慧都市应用构建生态化物联网
摘要:近年来浮现了一种面向远距离、低功耗设备的无线技术,Long Range(简称LoRa)。它是一种远距离、低功耗、低数据速率、低复杂度、低成本的双向无线通信技术,重要合用于自动控制、数据采集和物联网等领域,同步旨在构建生态物联网的一种技术。本文对LoRa的基本原理和理论根据进行分析,指出了LoRa技术的优势和特点,分析了LoRa所采用的调制模式和无线传播保障机制,以LoRa技术指引下智能建筑能耗管理系统的设计为例,进而论述LoRa通信系统在物联网中的应用以及对于构建生态物联网的作用。
核心词:LoRa优势和特点智能建筑物联网应用
引言:低功耗广域网技术(LPWAN,LowPowerWideArea Network)技术是一种革命性的物联网无线接入新技术,与Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等既有成熟商用的无线技术相比,具有远距离、低功耗、低成本、覆盖容量大等长处,适合于在长距离发送小数据量且使用电池供电方式的物联网终端设备。LPWAN作为一种新兴的、刚起步的技术,
其市场普遍被看好,各厂商争先研究LPWAN,参与原则制定,设商用试点,市场呈现百家争鸣、蓬勃发展的态势。LoRa作为非授权频谱的一种LPWAN无线技术,相比于其她无线技术(如Sigfox、NWave等),其产业链更为成熟、商业化应用较早。LoRa技术通过Semtech、美国思科、IBM、荷兰KPN电信和韩国SK电信等构成的LoRa Alliance国际组织进行全球推广后,目前已成为新物联网应用和智慧都市发展的重要基本支撑技术。
1、LoRa技术的技术特点和优势
目前LoRa的技术特点和优势重要有如下几种方面:
,使其通信距离可达15公里(与环境有关)。其接受电流仅10mA,睡眠电流不不小于200nA,这大大延迟了电池的使用寿命。 
表1 LORA技术合用于物联网应用部署的核心特性
核心特性
优势
157dB链路预算
远距离
距离不小于15千米
最小的基本设施成本
易于建设和部署
使用网关/集中器扩展系统容量
电池寿命不小于
延长电池寿命
接受电流-10mA,休眠电流不不小于200nA
免牌照的频段
低成本
基本设施成本低
节点/终端成本低
,系统容量大
 网关是节点与IP网络之间的桥梁(通过2G/3G/4G或者Ethernet)。每个网关每天可以解决500万次各节点之间的通信(假设每次发送10Bytes,网络占用率10%)。如果把网关 安 装在 既有移动通信基站的位置,发射功率20dBm(100mW),那么在搞建筑密集的都市环境可以覆盖2公里左右,而在密度较低的郊区,覆盖范畴可达10公里。该网关/集中器还涉及MAC层合同,对于高层它是透明的。
 LoRa对距离的测量是基于信号的空中传播时间而非老式的RSSI(Received Signal Sterngth Indication),而定位则基于多点(网关)对一点(节点)的空中传播时间差的测量。其定位精度可达5m(假设10km的范畴)。
2、LoRa在无线技术中的位置
根据LoRa技术的核心特点可知,LoRa非常合用于规定具有功耗低、距离远、容量大以及可定位跟踪等特点的物联网应用,如智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、智慧都市、智慧社区等应用和领域。
表3所示为LoRa网络合用的应用案例:
场景
应用案例
智能产业
资产跟踪、资产过程自动化、自动化、环境监测、工业照明、商业安全、基本设施监测、水管里和其她多种应用等
智能公共设施施
水、电、煤气的智能化管理(最重要是智能计量)
智能都市
与市政资源和服务的管理有关的应用,如街道照明、垃圾管理、停车管理环境监测、交通监测、应急管理和公共交通管理等
暖通空调(采暖、通风、空调)、能源管理、安全、照明和房间自动化等应用
智能建筑
目前,LoRa网络已经在全球多地进行试点或部署。据最新发布的有关数据显示,全球有十六个国家正在部署LoRa网络,56个国家开始进行试点,如美国、法国、德国、澳大利亚、印度等。荷兰KPN电信、韩国SK电信在上半年部署了覆盖全国的LoRa网络,提供基于LoRa的物联网服务。相对于LoRa技术在国外发展的如火如荼,国内LoRa应用略显淡漠。目前可看到的公开应用是国内AUGTEK公司在京杭大运河开展的LoRa网络(智慧航道)建设,据悉目前已经完毕江苏段的全线覆盖。其实国内从事LoRa模块和方案开发的厂商并不少,除AUGTEK之外,尚有洲斯物联、思创汇连、普天通达、NPLink、门思科技、利尔达、唯传科技、三凡信息、成都博高等众多公司。随着国内广域物联网喷发式的发展和CLAA组织对LoRa应用的积极推动,国内基于LoRa应用的试点将会越来越多地被部署在各行各业,以提供优质高效的物联网服务。
目前来说比较先进的电力抄表系统是智能型直读表抄表系统,这种技术是采用无源总线制进行数据的传播,具有无需对信号进行转换和合计的特点,避免浮现计数误差,并且进行抄表时省去对底数、常数进行设立、存储的麻烦,
计量精确可靠,抗干扰性好,不会由于忽然断电或者系统故障而引起的顾客用电数据丢失,功耗减少,延长了使用年限。远程电力抄表系统得到政府的支持,并且随着科学技术的发展,电力远程抄表的智能化趋势已是必然,特别是智能型直读表抄表系统将会成为远程电力抄表系统在将来几年的发展趋势,会得到不断发展和完善。
4、基于LoRa的智能建筑管理系统分析与设计
通过需求分析可得知,建筑物的能耗重要由供暖、空调、生活热水、照明、动力、办公设备及其她用电形式构成。其重要的能源形式有电、水、气(天然气或煤气)、集中供热耗热量、集中供冷耗冷量及其她能源应用量(如热水、煤、油、可再生能源等)。能源消耗在建筑物的各个地点都在发生,每个电能表、水表、冷热量表都记录着其所属范畴内的能量消耗,如果采用人工抄表的方式,就必须得根据建筑物规模为此项工作配备一定数量的人员进行巡逻,使其成为一项平常工作。这对于整个建筑的运营来说是一笔巨大的开支,特别是在如今这个人工费用更加高昂的社会,平常抄表所带来的成本投入相称可观,更不用提数据采集之后便要跟进的数据录入工作了。如果采用数据自动采集,则又存在着建筑物内数据点位分散,数据集中传播面临着空间距离跨度大,网关、中继器设立地点选择困难等问题。
老式的建筑物能耗系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具,根据现场实际状况采用现场总线或光纤环网的组网方式,为大型公共建筑的实时数据采集、开关状态监测及远程管理与控制提供了基本平台。本文选择了以LoRa无线技术为核心,通过无线传播方式将数据集中到云服务器进行存储,管理层终端可以通过在云端读取数据分析,并对整个能耗管理系统进行有效优化,从而形成一种良性循环,最后得出能耗管理的最佳方案,极大地提高能源运用效率,改善能源挥霍现象,节能减排,构建了一种良性的生态物联网。
以某市级综合医院为例,建筑物存在单一层建筑平面内面积大,各功能分区构造复杂,房间分隔数量众多,能耗种类呈现出多样化态势等特点。如采用老式综合布线方式,会浮现施工体量巨大、布线设备光纤成本高、时间跨度大、后期维护更换难度大等问题,并且智能化建筑能耗管理系统的建设属于后期改造,受到建筑建设初期电缆井设立部位的影响,很也许需要大范畴的反复布线,这自身就是一种能源挥霍,在改造时还会阻碍医院的正常运营,效率极低。因此,考虑到已投入运营的医院实际状况,选择了无线数据传播这样的方式,最大限度地加快建设进程,节省资源,同步又能把对运营产生的影响降到最低。根据智能化能耗管理系统的特点,针对某市级综合医院的实际状况,将系统分为4层:现场采集设备、网关、终端数据解决设备、云端。采用
LoRa技术进行无线数据传播,免除了综合布线的线缆成本投入,减少施工难度,极大地减短了施工时间并且简化了后期维护过程,便于对各节点设备进行维修更换,具体构造见图(一)。
图(一)
图(二)
图(三)
针对现场数据采集设备,本文系统选择带有继电器的远传电能表、水表和冷热量表,通过有线的方式连接LoRa模块。电表采集到的RS485数据信号通过LoRa模块上的IN引脚传入模块内,通过模块转换传播到LoRa网关,网关与云端服务器相连接,实现数据的集中上传和统一管理。在管理层设立计算机终端,对其开放接入云端服务器的权限,实现数据的调取,实时分析能耗状况,对建筑物的能源消耗进行管理。通过长时间、大量数据的收集,建立建筑物能耗管理的数据库。通过对数据的分类、汇总,查看数据的发展方向和趋势,进一步挖掘数据中潜藏的内在规律,形成大数据,最后总结出一种适合建筑物的最佳能耗管理方案,迅速推动建筑节能的发展与革新。
LoRa具有典型的星形拓扑构造,由图(一)网络架构可知,某市级综合医院智能化能耗管理系统中LoRa网关是一种透明的中继,连接云端和终端解决设备。网关通过原则IP与服务器连接,而终端设备采用单跳模式,实现与一种或多种网关的通信,所有的节点均是双向通信。
这些计量设备之间相对独立,分布在建筑的各个位置,通过LoRa模块实现现场设备的数据监测,集中上传到云端服务器进行储存,并由管理层设备调取分析。通过长时间大量数据的收集,建立建筑物能耗管理数据库