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基于LoRa的低功耗广域物联网系统设计研究

王一波  
【摘要】:随着物联网信息技术的快速发展,广域网络的应用已经普及,针对低功耗、广覆盖、大接入、低成本的物联网应用场景其需求也在不断增加,为了满足这类场景的应用需求,低功耗广域网(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN)技术应运而生。LPWAN技术因具有低功耗、长距离、多连接等特点,已迅速成为智慧城市、智慧农业和智慧水务等大范围、大规模的物联网场景的主流技术。LoRa(Long Range)作为LPWAN中的代表性技术之一,在国内外都得到了初步的发展和较为广泛的应用。本论文主要以LoRa为基础,对低功耗广域物联网进行分析研究,设计了一套基于LoRa的低功耗广域物联网系统。主要工作内容如下:(1)研究分析LoRa技术的实现原理和特点,验证LoRa对于低功耗广域物联网场景下应用的可行性。根据国内外LoRa技术的应用情况,对LoRa技术和低功耗广域物联网进行研究分析,采用传统的物联网三层技术构架设计本系统的框架结构。根据低功耗广物物联网的应用需求,分析节点、网关和服务器在实际应用中的作用,以及应具备的软件功能和硬件性能,设计了节点、网关的硬件结构,以及服务器的基本构架。(2)根据节点、网关的硬件结构,结合实际应用场景,首先对节点、网关硬件进行选型分析,最终确定硬件采用的的芯片及模块的型号规格;然后对节点、网关硬件电路进行设计实现。(3)设计适合本系统的LoRa低功耗广域网的通信协议,实现系统节点与网关、网关与服务器之间的通信,以及节点、网关和服务器的相关功能,并对节点、网关和服务器进行一系列的测试实验,验证系统的可行性和稳定性。本文设计的低功耗广域物联网系统,实现了LoRa技术在低功耗、远距离、低成本的物联网场景中的应用,解决了传统物联网应用远距离和低功耗不可兼得的难题。并将该系统结合现代农业,进行了实地部署试验,进一步验证了系统的有效性和稳定性,同时对本研究进行了总结分析,提出系统优化方向,为今后深入研究提供了一定的参考。


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