低功耗广域物联网案例概述

　　随着低功耗广域物联网技术被越来越多的人认知、解读、参与，加之运营商、芯片厂商向行业的不停宣传、渗透，这对于低功耗广域物联网技术的应用推广有很大的帮助，但是从理论到技术可行，从芯片到产品，从产品到应用实施都有一个过程，本节通过低功耗广域物联网技术在不同场景下的应用和方案设计思路，希望给出当前状态下低功耗广域物联网技术的成熟度，应用场景选择以及低功耗广域物联网技术在物联网开发领域的重要性上有一个实践性的判断。

　　低功耗广域物联网案例分享

　　低功耗广域物联网技术对行业吸引力体现在：接入数量多、超低功耗、覆盖面广、穿透力强。

　　案例1：外线电缆防盗检测

　　（1）需求

　　·需要检测电缆震动情况，防止路面施工的时候电缆被挖断；

　　·需要检测外线电缆偷盗行为；

　　·需要检测电缆沟积水，防止由于积水引起电力事故。

　　（2）技术实现

　　·每个电缆沟放入温度传感器、水浸传感器、震动传感器。

　　·利用LoRa节点采集这3类传感器，采用双向通信与LoRa网关通信。

　　·电池供电，3年供电目标。

　　·天线外露设计，传输距离在1.5km～2km。

　　（3）技术要点

　　数据网关要求双向通信，要求可个性化配置传感数据采集方式。

　　案例2：无人区电力故障指示器

　　（1）需求

　　无人区，或者巡查人员无法到达的地区电力输电、配电网故障指示器远程检测。

　　（2）技术实现

　　电力故障指示器是在电力输电和配电中使用较多的设备，但是通常依赖电力光缆或特殊通信信道传输，但是在无人区目前多种通信方式均达不到要求。

　　可采用NB-IoT作为通信承载协议，可以将覆盖面增大，同时通过星型组网方式数据可以直接与电网控制中心连接，部署及通信协议开发都相对简单。

　　（3）技术要点

　　NBIoT。

　　案例3：防洪检测

　　（1）需求

　　城市降雨量检测、防洪监测点的水位检测。

　　（2）技术实现

　　利用水位检测设备及LoRa节点以及智能化数据网关通信，实现双向可配置的功能，在非汛期采用低频率检测传输，在汛期采用可配置高频传输。

　　（3）技术要点

　　数据网关的双向通信能力，可配置能力。

　　案例4：官网漏水检测

　　（1）需求

　　在管网重要节点进行漏水检测，并将数据及时上传。

　　（2）技术实现

　　在管网重要节点安装漏水检测设备并于LoRa节点整合，通过外露天线实现低频率数据传输，这样有助于设备电池使用时间，并增强传输距离。

　　（3）技术要点

　　LoRa节点以及外露天线的设计。

　　案例5：智能远传水表抄表

　　（1）需求

　　智能远传水表的远程抄表。

　　（2）技术实现

　　水表结合NBIot模块及时采集用水量，并上传云端，NBIot的传输距离以及运营商的支持，有助于智能水表在一个城市快速铺开和应用。

　　（3）技术要点

　　NBIot与水表的结合。

　　案例6：低功耗定位技术（共享单车）

　　在无线传感器网络中，常用的测量节点距离的方法主要有TOA（Time Of Arrival）算法、TDOA（Time Difference Of Arrival）算法，到达时间差、超声波、RSSI（Received Signalstrength Indicator）算法和TOF（Time Of Light）算法等。

　　（1）TDOA定位

　　LoRa定位可由LoRaWAN网关实现，它能够共享准确的公共时间基准，为接收的每个LoRa数据分组添加高分辨率时间戳。每个基站都会报告到达时间和支持的元数据，让位置解算器根据TDOA算法来确定终端节点位置。

　　TDOA定位是一种利用时间差进行定位的方法。通过测量信号到达监测站的时间，可以确定信号源的距离。利用信号源到各个监测站的距离（以监测站为中心，距离为半径作圆），就能确定信号的位置。但是绝对时间一般比较难测量，通过比较信号到达各个监测站的时间差，就能作出以监测站为焦点、距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号的位置。

　　TDOA算法是对TOA算法的改进，它不是直接利用信号到达时间，而是用多个基站接收到信号的时间差来确定移动台位置，与TOA算法相比，它不需要加入专门的时间戳，定位精度也有所提高。

　　（2）RSSI定位

　　目前Semtech SX1278系列Lora扩频芯片具有设置发送功率的功能，即可采用信号强度方法进行定位。原理如下：

　　P=Po+10n lg（d/do）

　　其中，P为参考点A接收到被测量点T信号的信号强度（已知）；Po为参考点A接收到从相距d6发送的信号强度（已知）；d为参考点A与被测量点T之间的距离（未知）；do为参考点A和参考点B之间的距离（已知）；n为环境因子（未知）。

　　为了更好地适应不同环境，对参考参数Po、do和n进行动态修正，其中：Po位参考点B以与被测量点T相同功率发送信号，在参考点A接收到的信号强度（已知）；do为参考点A和参考点B之间的距离（已知）；n为利用式子分别测量参考点A、B、C之间的信号强度Pab、Pac、Pbc，计算环境因子n1、n2、n3，然后对3个环境因子取平均值得到n。

　　（3）NB-IoT定位

　　NB-IoT R14将在2017年9月份前完成标准冻结，NB-IoT定位精度希望达到50m以下。不过，由于城市环境的复杂度，NB-IoT定位精度会大大衰减，而且即使按计划目标达到了50m以下的定位精度，NB-IoT也无法对共享单车进行定位。在50m的视距范围内，可能就有多辆单车，用户无法判断哪一辆是其预定的车辆，平台也无法精确对每一辆进行管理。因此，必须借助GPS、北斗等厘米级的定位工具感知位置信息，NB-IoT进行辅助定位并承担传输位置信息功能。而借助GPS、北斗之后，车锁的功耗会大大增加，电池供电寿命将大打折扣。