一、文献综述
摘要：随着无线通信技术的发展，移动互联的时代在向着万物互联的时代前进，物联网的发展也迎来新的时机。随着越来越多的各种无线终端的互联通信，无线传输的功耗、实时性和可靠性也愈来愈重要，所以最近几年，关于低功耗、低时延、高可靠性也成为研究的重点和方向。而物联网技术的发展，基于无线通信的各种系统也得到越来越多的应用，无线终端的联动改变了传统系统的单一、封闭的缺点。本文将介绍基于LoRa通信协议的环境信息采集系统，阐述LoRa通信协议的国内外发展现状，以及基于LoRa通信协议的环境采集系统的特点。
关键词：LoRa；物联网；无线传输
1、国内外研究现状
物联网最关键的要素便是互联，而互联又必须是无线的互联。无线互联技术，有移动通信技术3G，4G和5G，以及近距离无线通信技术，包括WiFi、Zigbee、蓝牙、NFC、LoRa和UWB等。至今为止，移动通信技术的发展已经度过了五个时代。详细而言，第一代移动通信技术：1G，指的是模拟通信技术，同时 1G 移动终端设施还被称为“Big Brother”；第二代移动通信技术：2G，从模拟通信技术转变成了数字通信技术，2G 时代中的移动终端设施代表是“诺基亚手机”；第三代移动通信技术：3G，这个时代研究出了窄带网络通信技术，然而这项技术在实际运用使得信号传递速度特别差，因此没有得到大范围地应用；第四代移动通信技术：4G，这是一种在窄带网络通信技术基础上，研究成功的宽带通信技术，并且通信网络中融入了 3G 技术、无限局域网，使得使用者在下载网络资源的速度、上传速度均远超了以往的移动通信技术，继而推动了移动通信领域的长足进步；第五代移动通信技术：5G，这项移动通信技术与 2G 技术、3G 技术、4G 技术的差别是，5G 并不是全新的、专用的无线接入技术，而是在已有的无线接入技术、通信技术之上，加入一些新颖的补充性无线接入技术后所得出的一项移动通信技术。从某个层面上来看，5G 是一个能够全面结合网络，以融合统一的标准，向人们供应速度快、安全性高、自由的网络。[1]但是移动通信技术的可靠性很高，延时也比较低，特别是5G技术出现之后，延时非常快，理想情况下可以控制在1毫秒，可以说非常的快。但是，移动通信技术的费用比较高，所以在小型系统中，依靠于移动通信技术不是理想的方案。而对于近距离通信技术WiFi、Zigbee和蓝牙等，速率和距离又不能同时满足。例如，WiFi的速度非常快，但是传输的距离非常有限；ZigBee网络系统具有功耗低、可靠性高、成本低廉、保密安全等特点。但是，ZigBee大都应用于近距通信，通信距离在几百米至几千米，并且传输的速率的非常慢。[2]
而LoRa通信协议的推出，则大大改善了上述的问题。LoRa是一种线性调频扩频调制技术，它的全称为远距离无线电（Long Range Radio），LoRa是semtech公司创建的低功耗局域网无线标准，LoRa通信模块是基于扩频技术的超远距离无线传输方案。LoRa通信技术最大特点，灵敏度高、传输距离远、功耗低、组网节点多等特点。主要应用于物联网行业，如工业自动控制、环境监测、环保监测、自然资源调查等。[3]LoＲa 通信技术基于发展完备的数字扩频技术和向前纠错编码技术等传统无线通信技术，使用免授权的 ISM 频段( 433 /868 /915 MHz) ，企业或用户可以脱离通信运营商服务范围的限制而自行搭建LoＲa 网络，免除了向通信运营商缴纳相关费用。[4]所以，用LoRa协议来做环境监测系统是毕竟寄送合适的方案。
2、研究主要成果
随着电子信息技术的发展，越来越多的不同类型的终端出现，而各种终端之间的联动也愈发重要和突出。而无线终端由于只能使用电池的原因，所以许多高效的方案都会受到限制，所以各大厂商都在寻求一种功耗比较低，速率有比较可靠的方案，LoRa技术就是为了解决这类问题推出的。
在传统的环境检测系统中，往往由工作人员去各个监测点人工地去记录数据，比较麻烦，而且费时费力。随着物联网技术的发展，人们也在寻求一种更高效的方式，来代替传统的人工方式。单片机技术的发展和通信技术的发展，为新型的环境检测系统的出现提供了有利的条件。继2018年10月推出首款支持无线通信的STM32WB系列之后，2020年意法半导体又推出全球首款支持长距离无线通信的STM32WL系列。据意法半导体亚太区 STM32WL无线微控制器策略总监陈德勇介绍，在物联网时代，很多应用场景需要长距离通信，原来的很多方案都是“MCU＋射频模块”，这种解决方案的弊端在于不仅设计复杂、产品成本高，而且做射频方案是很多嵌入式工程师的短板。基于这样的考虑，作为 LoRa联盟成员之一的意法半导体三四年前就开始与 LoRa技 术 的 开 创 者 Semtech探 讨 深 度合作，这才开发了能够支持LoRa长距离通信的单芯片MCU STM32WL系列。[5]
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