基于LoRa的智慧物联网系统设计研究
发布时间：2022-01-07 15:15
随着世界各国政府和企业对物联网（The Internet of Things,Io T）行业的大力支持和投入,物联网产业被急速地催生。本论文主要在传统物联网的基础上,对低功耗广域网（Low Power Wide Area Network,LPWAN）技术和Lo Ra（Long Range）技术进行研究分析,结合边缘计算,设计并实现一套基于Lo Ra的智慧物联网系统,解决了传统物联网应用远距离和低功耗不可兼得的难题,同时,通过增强系统边缘侧的智能化实现大规模无线传感器的信息获取、数据处理和存储,从而减小云计算中心的计算压力。本文主要完成以下工作内容:（1）研究分析LPWAN技术、Lo Ra技术以及边缘计算的原理、特点与发展。LPWAN技术具备广覆盖、低功耗、低成本、大接入等特点,且已作为物联网连接的首选技术之一,其中Lo Ra是LPWAN中发展比较快、相对比较成熟的技术,引入边缘计算可使得系统更加高效地处理边缘数据。（2）智慧物联网系统的设计与实现。首先根据各个应用模块的功能设计系统的整体架构,将系统划分为节点、网关和服务器三部分;然后完成节点与网关的硬件设计,包括器件选型、电路设计和印...
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
扩频通信流程图
增加信号带宽可提升数据传输速率，但接收灵敏度会随之下降。编码率：为了保证通信质量，采用循环纠错编码对数据进行检测与纠错。主要有4/5、4/6、4/7和4/8四种编码率。随着编码率的增加，数据传输更加稳定可靠，但也因此会产生相对更多的传输开销。（3）LoRa数据包格式LoRa的数据包主要有隐式和显式两种数据包格式，均是由前导码、可选报头、有效负载三部分组成，数据包显式与隐式格式的区别主要体现在报头部分，显式数据包的报头包含有负载长度、CRC（CyclicRedundancyCheck）等信息，显式数据包的结构如图2-3所示。图2-3LoRa的数据包结构前导码长度设置范围在6~65535之间，默认情况下前导码的长度为12个符号，可通过编程进行设置。不同物联网应用场景下可根据需要设置不同的数值，在数据接收密集的应用场景下，可通过减小前导码的长度，从而增加接收机的占空比。报头分为显式报头和隐式报头两种类型。报头默认设置的类型为显式报头，通常只有在负载长度、编码率以及CRC开关状态已知的情况下才会采用隐式报头作为数据包的报头类型。数据包的有效负载为LoRa无线通信传输的数据，其长度并不是固定的，根据实际传输的数据长度进行相应配置。（4）LoRa技术特点与优势LoRa是基于Sub-GHz的无线通信技术，总结LoRa扩频技术的主要特点及优势如表2-4所示。
基于LoRa的智慧物联网系统设计研究12现场层接口设备：传感器、执行器等边缘层边缘节点、边缘网关、边缘控制器等控制领域功能模块分析领域功能模块优化领域功能模块计算/网络/储存API计算资源储存资源网络资源云计算层应用云服务边缘管理器基于模型的任务编排直接资源调用图2-5边缘计算3.0框架现场层是指传感器、控制系统、执行器等设备。现场节点通过各种类型的数据通讯方式与边缘层中的设备相连接以实现数据的交互。边缘层是指边缘节点、边缘网关和边缘控制器等设备，能够实现各网络协议的自动转换，使得其他两层的数据可通过边缘层进行交互。边缘层主要负责接收、处理来自现场层的数据流，并将数据转发至云计算层，同时提供智能感知、分析和计算等服务，以及数据格式标准化处理。云计算层与边缘层通过互联网或者以太网进行数据的交互，相对于边缘层拥有更优越的资源，可提供更深层次的计算能力和决策支持。2.2系统整体架构设计基于LoRa的智慧物联网系统，主要实现目标应用的数字化、集成化、信息化、可视化和智能化。整个系统的实现过程中，根据各个应用模块的功能可将系统划分为节点、网关和服务器三部分。本系统的整体架构图如图2-6所示。图2-6系统整体架构
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZigBee技术的无线传感网络研究[J]. 刘志强. 电脑知识与技术. 2019(36)
[2]基于Wi-Fi的数据采集模块设计[J]. 陈赫威. 电子世界. 2019(23)
[3]基于STM32的RS-485数据通信稳定性分析[J]. 张微,王韵琪,杨博云. 科技视界. 2019(29)
[4]Research on Intelligent Monitoring System Based on Raspberry Pi 3[J]. Jufang OU,Yifei ZHOU. Asian Agricultural Research. 2019(10)
[5]边缘计算技术发展现状与对策[J]. 傅耀威,孟宪佳. 科技中国. 2019(10)
[6]传统农业向现代农业转型发展对策[J]. 韩德. 中国市场. 2019(21)
[7]一种高速、高可靠性SPI接口设计[J]. 张成,李斌,曾晓东,史亭文. 信息通信. 2019(05)
[8]基于LPWAN的泛在电力物联网[J]. 陈皓勇,陈永波,王晓娟,陈武涛,李志豪. 电力系统保护与控制. 2019(08)
[9]基于树莓派的室内安防系统设计[J]. 宋志扬. 计算机产品与流通. 2019(03)
[10]中国网络文化:从2G到5G[J]. 曾静平. 未来传播. 2019(01)
硕士论文
[1]基于边缘计算的室内空气质量监测方法及其预测模型研究[D]. 夏侯如超.华东理工大学 2019
[2]基于NB-IoT数据传输的研究与应用[D]. 曾丽丽.安徽理工大学 2018
[3]基于LoRa技术的农业温室监测系统设计与实现[D]. 郭恋恋.安徽大学 2018
本文编号：3574775
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
扩频通信流程图
增加信号带宽可提升数据传输速率，但接收灵敏度会随之下降。编码率：为了保证通信质量，采用循环纠错编码对数据进行检测与纠错。主要有4/5、4/6、4/7和4/8四种编码率。随着编码率的增加，数据传输更加稳定可靠，但也因此会产生相对更多的传输开销。（3）LoRa数据包格式LoRa的数据包主要有隐式和显式两种数据包格式，均是由前导码、可选报头、有效负载三部分组成，数据包显式与隐式格式的区别主要体现在报头部分，显式数据包的报头包含有负载长度、CRC（CyclicRedundancyCheck）等信息，显式数据包的结构如图2-3所示。图2-3LoRa的数据包结构前导码长度设置范围在6~65535之间，默认情况下前导码的长度为12个符号，可通过编程进行设置。不同物联网应用场景下可根据需要设置不同的数值，在数据接收密集的应用场景下，可通过减小前导码的长度，从而增加接收机的占空比。报头分为显式报头和隐式报头两种类型。报头默认设置的类型为显式报头，通常只有在负载长度、编码率以及CRC开关状态已知的情况下才会采用隐式报头作为数据包的报头类型。数据包的有效负载为LoRa无线通信传输的数据，其长度并不是固定的，根据实际传输的数据长度进行相应配置。（4）LoRa技术特点与优势LoRa是基于Sub-GHz的无线通信技术，总结LoRa扩频技术的主要特点及优势如表2-4所示。
基于LoRa的智慧物联网系统设计研究12现场层接口设备：传感器、执行器等边缘层边缘节点、边缘网关、边缘控制器等控制领域功能模块分析领域功能模块优化领域功能模块计算/网络/储存API计算资源储存资源网络资源云计算层应用云服务边缘管理器基于模型的任务编排直接资源调用图2-5边缘计算3.0框架现场层是指传感器、控制系统、执行器等设备。现场节点通过各种类型的数据通讯方式与边缘层中的设备相连接以实现数据的交互。边缘层是指边缘节点、边缘网关和边缘控制器等设备，能够实现各网络协议的自动转换，使得其他两层的数据可通过边缘层进行交互。边缘层主要负责接收、处理来自现场层的数据流，并将数据转发至云计算层，同时提供智能感知、分析和计算等服务，以及数据格式标准化处理。云计算层与边缘层通过互联网或者以太网进行数据的交互，相对于边缘层拥有更优越的资源，可提供更深层次的计算能力和决策支持。2.2系统整体架构设计基于LoRa的智慧物联网系统，主要实现目标应用的数字化、集成化、信息化、可视化和智能化。整个系统的实现过程中，根据各个应用模块的功能可将系统划分为节点、网关和服务器三部分。本系统的整体架构图如图2-6所示。图2-6系统整体架构
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZigBee技术的无线传感网络研究[J]. 刘志强. 电脑知识与技术. 2019(36)
[2]基于Wi-Fi的数据采集模块设计[J]. 陈赫威. 电子世界. 2019(23)
[3]基于STM32的RS-485数据通信稳定性分析[J]. 张微,王韵琪,杨博云. 科技视界. 2019(29)
[4]Research on Intelligent Monitoring System Based on Raspberry Pi 3[J]. Jufang OU,Yifei ZHOU. Asian Agricultural Research. 2019(10)
[5]边缘计算技术发展现状与对策[J]. 傅耀威,孟宪佳. 科技中国. 2019(10)
[6]传统农业向现代农业转型发展对策[J]. 韩德. 中国市场. 2019(21)
[7]一种高速、高可靠性SPI接口设计[J]. 张成,李斌,曾晓东,史亭文. 信息通信. 2019(05)
[8]基于LPWAN的泛在电力物联网[J]. 陈皓勇,陈永波,王晓娟,陈武涛,李志豪. 电力系统保护与控制. 2019(08)
[9]基于树莓派的室内安防系统设计[J]. 宋志扬. 计算机产品与流通. 2019(03)
[10]中国网络文化:从2G到5G[J]. 曾静平. 未来传播. 2019(01)
硕士论文
[1]基于边缘计算的室内空气质量监测方法及其预测模型研究[D]. 夏侯如超.华东理工大学 2019
[2]基于NB-IoT数据传输的研究与应用[D]. 曾丽丽.安徽理工大学 2018
[3]基于LoRa技术的农业温室监测系统设计与实现[D]. 郭恋恋.安徽大学 2018
本文编号：3574775
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