淺析LoRa技術在軍事后勤保障系統中的應用

張秀功

在未來信息化戰場中，對信息通信系統組網快速便捷，功率損耗低，傳輸距離遠，抗干擾性強等特性要求越來越嚴格，尤其在沙漠、丘陵等荒無人煙的地區，如何更精準快速進行保障，無疑是對信息通信系統提出了更為苛刻地要求和標準。本文旨在利用LoRa技術自身的優勢和特點，設計一套能夠及時進行采集和反饋人員求救，物資需求和彈藥消耗等信息的軍事后勤保障系統，即先由系統將接收到的所有戰場信息進行歸納分類，而后由指揮所或相關保障組對接收到的戰場信息進行分析、研判和處理。

一、系統總體設計

軍事后勤保障系統由訪問平臺、服務器、LoRa基站（網關）和無線終端節點四部分組成。其中訪問平臺是指電腦終端，能夠進行數據的訪問查看和分析處理，為指揮所或相關保障組擬制方案、調配物資等活動提供可靠地條件支撐;服務器不僅負責上傳數據的優化和處理，而且其數據庫還能將數據進行存儲;LoRa基站主要負責對上（服務器）和對下（無線終端節點）的數據交互，所以該系統可以有效進行指令的上傳下達;無線終端節點主要由作戰分隊/單兵進行操作，它不僅有人機交互界面，可以向指揮所發送食品、藥品和彈藥等物資裝備需求;而且還有智能感應系統，能夠實時檢測單兵體征、位置和戰場環境等信息。

二、系統網絡架構設計

LoRa技術采用LoRaWAN網絡協議[1]，在這個網絡架構中，主要由服務器、基站（網關）、無線終端節點三部分組成。其中基站（網關）就是一個透明的中繼，主要負責服務器和無線終端節點之間數據的轉發，且無線終端節點均采用單跳與一個或多個基站（網關）進行接收和發送的雙向通信。較比以前許多相對成熟的無線傳輸網絡而言，其具有續航時間長、數據傳輸穩定、網絡結構清晰等優勢，能夠實現網絡的自我組織、自我維護與自我管理以及構建各類網絡通信接口，實現與聯合戰術通信網絡系統的多方式多手段的綜合接入。再者，LoRa采用的調制技術是擴頻，所以可以在組網運用中，使用不同的頻率和傳輸速率，這樣能夠有效緩解LoRa基站（網關）中數據并行的壓力。

三、系統硬件設計

本文選取Semtech公司推出的SX1278擴頻技術芯片[2]，首先是SX1278芯片主要應用于443MHz、470MHz頻帶，接收靈敏度達-139dBm，且擴頻因子選擇范圍是6-12個，其次是因為SX1278芯片屬于LoRa擴頻調制技術，相比于通過增大發射功率來提高通信距離的常規技術，它的優勢是調制增益（不會增加額外功耗）;最后是因為SX1278芯片的電流消耗較低（休眠<0.2μA，空閑=1.6mA，接收=12mA，最大發射功率=120mA），SX1278芯片是由終端MCU進行控制的，即通過“中斷+定時器超時”的方式，一旦發送和接收的狀態結束，就立即進入休眠狀態[3]。下面分別介紹無線終端節點和LoRa基站的硬件示意圖。

3.1無線終端節點示意圖

本文主要選取TI公司生產的MSP430G系列[2]為主控芯片進行簡要介紹及說明，因MSP430G系列是一款具有16位RISC結構和一定處理能力的單片機，擁有5種省電模式，即LPM0-LPM4，功率消耗超低，而且MSP430G系列中繼機制很完善，可以有效控制CPU和各個模塊，基本達到了無線終端節點的設計需求。

如圖2所示，無線終端節點主要由核心芯片、射頻模塊、電源模塊、保密模塊、傳感設備、顯控設備等組成。其主要任務是完成相關數據的采集和發送，以及對基站發送來的數據進行響應和接收，即一方面通過傳感設備采集生命體征（血壓、心率、體溫等）、位置信息、戰場環境等相關數據，和需要匯報的武器彈藥損耗、食品藥品需求、戰場環境情況等信息均可通過無線終端節點發送到LoRa基站，申請裝備物資保障或受傷人員救治等等;另一方面，無線終端節點對LoRa基站傳送來的指令進行響應，作戰分隊/單兵能夠及時接收指揮所或保障組根據現有物資實力及戰場情況作出的處理意見和決定（組織救援、物資派送等）。

3.2 LoRa基站示意圖

本文主要選取ST公司推出的基于CortexM3內核的STM32F1系列為主控核心芯片進行簡要介紹及說明，因其具有低至13μA左右的功耗，最高可達72MHz的工作頻率和擁有20KB的片內SRAM等特性[2]，基本滿足了基站的設計需求，同時要想使系統的功耗達到最優，則還需在睡眠、停機、待機3種模式之間進行合理的切換和平衡。

如圖3所示，LoRa基站主要由核心芯片、射頻模塊、電源模塊、加密處理器等組成。其主要任務是完成數據的上傳下達，即一方面能夠通過LoRa無線網絡采集接收終端數據，然后通過聯合戰術通信網絡傳輸至指揮所（服務器）進行數據分析，另一方面，LoRa基站接收指揮所下達的指令，然后通過LoRa無線網絡傳輸至無線終端節點。

四、小結

實現器材裝備、武器彈藥、供養補給、人員搜救等支援保障的“精確化”，是未來信息化條件下部隊后勤保障的趨勢，相關系統有待進一步開發和完善，我們要充分運用以信息技術為核心的高科技手段、現代化管理模式和創新技術成果，在確保符合各項規章制度的前提下，結合部隊信息通信系統裝備的保密性、實用性、復雜性和極端性等相關要求，合理的籌劃、建設和運用后勤保障力量，促使后勤保障適時、適地、適量達到盡可能“精確化”的程度，確保保障資源的合理化、節約化和最大化。最后，該系統及LoRa相關技術在軍事后勤保障上的運用都具有一定的參考意義。

參? 考? 文? 獻

[1]劉磊，孫超山.低功耗遠距離無線通信技術及其軍事應用分析[J].通信技術，2018，51（02）：331-336.

[2]陳彪，揭晶方，張偉，沈瓊霞.基于LoRa的智能農業系統設計與實現[J].計算機測量與控制，2018，26（10）：128-132.

[3]彭飛飛.低功耗長距離無線收發模塊設計與實現[D].電子科技大學，2016.