無線通信技術(shù)在距離測量和定位上的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

　　目前物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為全球發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛、滲透最為深入的領(lǐng)域之一。它正在改變我們國家的生產(chǎn)和生活方式。隨著科技水平的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷升級，以數(shù)據(jù)為中心的信息處理技術(shù)日益發(fā)展，可以有效地解決我們國家在信息處理、信息傳輸和共享、數(shù)據(jù)處理等方面存在的問題。目前物聯(lián)網(wǎng)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和制造業(yè)領(lǐng)域、智能家居領(lǐng)域與智慧城市領(lǐng)域以及醫(yī)療衛(wèi)生和教育領(lǐng)域等諸多領(lǐng)域。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在這些領(lǐng)域中應(yīng)用推廣的不斷深入，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對人與物之間相互通信和信息傳輸提出了更高的要求。LoRa技術(shù)就是一種非常好的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，它是由美國 Intel公司推出的一款短距離通信技術(shù), LoRa具有較高靈敏度特點和抗干擾能力，已在一些多用途領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

作為一種窄帶無線技術(shù)，LoRa是使用到達時間差來實現(xiàn)地理定位的。要了解LoRa定位如何工作，就要來看看從終端節(jié)點到服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸步驟。LoRa定位的前提是所有的基站或網(wǎng)關(guān)共享一個共同的時基。當(dāng)任何一個LoRaWAN終端設(shè)備發(fā)送一個數(shù)據(jù)包時，會被其所在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的所有網(wǎng)關(guān)接收，并且每個報文都將會報告給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。所有的網(wǎng)關(guān)都是一樣的，它們一直在所有信道上接收所有數(shù)據(jù)速率的信號。這意味著在LoRa終端設(shè)備上沒有開銷，因為它們不需要掃描和連接到特定的網(wǎng)關(guān)。 傳感器被簡單地喚醒，發(fā)送數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的所有網(wǎng)關(guān)都可以接收它。

　　一、物聯(lián)網(wǎng)距離測量應(yīng)用場景

　　對于 LoRa這類短距離數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，離線測量是目前比較常見的應(yīng)用場景之一，這種測量技術(shù)由于數(shù)據(jù)傳輸時間短，抗干擾能力強，可以用于監(jiān)測設(shè)備上各類智能家居設(shè)備的位置。物聯(lián)網(wǎng)距離測量系統(tǒng)的工作原理是通過 LoRa網(wǎng)絡(luò)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)信號進行數(shù)據(jù)分析，然后以通信協(xié)議進行通信。這樣能避免外界干擾影響數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)使用。同時通過 LoRa網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)被發(fā)送到終端設(shè)備上。目前很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都是使用這些通信數(shù)據(jù)采集然后使用數(shù)據(jù)分析。

　　二、 LoRa定位原理

　　LoRa定位就是將終端與位置傳感器的數(shù)據(jù)，通過算法自動地提取到目標(biāo)的位置。在實際應(yīng)用中, LoRa能夠在室內(nèi)、室外、以及各種特殊場合下，對需要精確定位的位置進行測量，從而使終端可以對周圍環(huán)境做出準(zhǔn)確的反應(yīng)。

隨著時代的進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各個領(lǐng)域都得到了廣泛運用。通過 LoRa無線網(wǎng)絡(luò)以及無線傳輸信息給設(shè)備，再由設(shè)備進行數(shù)據(jù)處理和控制;而且可以與用戶進行交互并為用戶提供服務(wù)。作為一種新型、安全、環(huán)保的網(wǎng)絡(luò)技術(shù), LoRa網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛地被應(yīng)用于食品加工等行業(yè)中并取得了良好成績)。

而目前廣泛流行于智能家居中的定位系統(tǒng)是基于 LoRa技術(shù)進行高精度定位所使用的定位算法。利用了 LoRa技術(shù)實現(xiàn)對于一組有代表性建筑和環(huán)境數(shù)據(jù)進行精確定位為例，可實現(xiàn)對建筑物、場所等不同維度空間信息和環(huán)境狀態(tài)的智能感知和智能分析服務(wù)。

LoRa定位的前提是所有的LoRa網(wǎng)關(guān)共享一個相同的時基，并且至少需要3個LoRa網(wǎng)關(guān)來接收數(shù)據(jù)信號。當(dāng)一個LoRaWAN終端設(shè)備發(fā)射一段數(shù)據(jù)信號，其所在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的所有的LoRa網(wǎng)關(guān)都會接收到這段信號，并傳輸給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過比較信號強度、到達時間、信噪比和其他參數(shù)來計算終端設(shè)備的最可能所在位置。

　　三、案例分析

　　物聯(lián)網(wǎng)對人們的生活提出了更高的要求，而在實際的應(yīng)用中，傳統(tǒng)的 GPS定位系統(tǒng)不僅存在定位精度低，抗干擾能力差、對系統(tǒng)進行維護和升級困難等缺點，而且還存在安全隱患問題。LoRa技術(shù)具有高靈敏度、高抗干擾能力，可在任何網(wǎng)絡(luò)中部署使用，可以作為 GPS定位系統(tǒng)不可或缺的一部分。并且具有可編程特性。

LoRa是唯一無二的，只要終端節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)通信，就可以得到地理位置數(shù)據(jù)。正因為LoRa地理位置功能無需涉及GPS定位技術(shù)，可以實現(xiàn)最小尺寸、最低功耗、最低成本。目前LoRa地理位置功能開始被應(yīng)用到各個行業(yè)和領(lǐng)域，如畜牧業(yè)、建筑、物流、保險行業(yè)等。

智慧農(nóng)場

智能農(nóng)場采用物聯(lián)網(wǎng)平臺和集成傳感器的LoRa的節(jié)點，構(gòu)筑完整的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)控農(nóng)場關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)，系統(tǒng)集合了牧畜的基本信息管理、牧企管理、檢疫管理、牧場管理、定位報警監(jiān)控、統(tǒng)計報表等功能。24小時監(jiān)控農(nóng)場，智能傳感設(shè)備替代人工作業(yè)，大大降低人力成本，提高了所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。牧民也可以通過APP搭建自己的圍欄，關(guān)聯(lián)牲畜。系統(tǒng)可以根據(jù)牲畜所在位置查看牲畜的出勤情況，如果牲畜不在圍欄內(nèi)，就會報警并向牧民發(fā)送信息。同時，牧民可以查看牲畜的基本信息、當(dāng)前所在位置、健康狀況，對牲畜進行導(dǎo)航和跟蹤。

智慧園區(qū)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起和快速發(fā)展，使得"萬物互聯(lián)"成為可能，這使得構(gòu)建智慧園區(qū)成為可能。LoRa技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)低功耗廣域無線網(wǎng)新技術(shù)的典型代表，在智慧園區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中可以發(fā)揮其自身最大優(yōu)勢。

在智慧園區(qū)解決方案中采用大數(shù)據(jù)分析園區(qū)采集上來的數(shù)據(jù)，實時顯示園區(qū)現(xiàn)場情況，出現(xiàn)風(fēng)險信息自動告警，管理人員收到告警信息后，可以遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場的設(shè)備或者安排人員及時前往現(xiàn)場處置，將損失減到最小。實時監(jiān)控園區(qū)綜合事態(tài)，結(jié)合應(yīng)急預(yù)案和智能終端，做到園區(qū)人、車、物、事件的可視、可管、可控。

結(jié)合以上分析，通過設(shè)計開發(fā)了基于 LoRa技術(shù)、具有較強抗干擾能力的定位系統(tǒng)平臺產(chǎn)品來實現(xiàn)系統(tǒng)平臺功能的擴展與升級，實現(xiàn)對現(xiàn)有多個平臺不同功能平臺如定位追蹤系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等平臺功能集成。