基于LoRa的架空線路物聯網感知技術研究

張清 王媛媛 王新運

【摘 要】隨著我國科學技術的逐漸發展，物聯網技術依互聯網媒介，并通過大米那幾的傳感協同技術，將網絡認知提升到了一個全新的高度水平，為人類智能化的發展提供了動力。尤其是基于LoRa的架空線路物聯網感知技術的研究和發展，更是將物聯網通信的三層網絡架構模式，升級到了多級跳組網的加密過程，優化了物聯網升級方案，也為新技術的推廣和應用奠定了基礎。本文主要研究基于LoRa的架空線路物聯網感知技術的發展和應用。

【關鍵詞】LoRa系統;架空線路物聯網感知技術;發展;應用

前言

隨著新技術的革新和發展，傳統的輸電線技術，由于線路監測以及機制等因素，集成化程度不高，而且也很難形成獨立安裝的模式，在很大程度上限制了無線網技術的應用和推廣，再加上其結構本身具有很強的復雜性，耗電相對來說較大，需要技術人員進行維護和更新，以保障系統的正常運行和工作。但是基于LoRa的架空線路物聯網感知技術，能夠在很大程度上解決上述問題，提升系統穩定結構的同時，為新技術的發展以及物聯網技術的應用奠定堅實可靠的基礎[1]。

一、基于LoRa的架空線路物聯網感知技術的基本內容

（一）網絡構架分析

在物聯網系統中的輸電線上布置LoRa集成組建以及各類傳感器，傳感器能夠依托物聯網系統以及組建內部的各個通信設備與主機進行有效的信息對接，繼而形成完善的自組織網，然后傳感器將所傳感到的信號和內容，傳輸到電網的內部，并基于云平臺進行有效處理，從而形成有效的三層網組織結構。具體來講首先是LoRa接入網：也就是系統中的監測裝置，通過點對點、或者是面對面的形式，將信號接入到基站節點，并在通信協議上依照傳感器的使用特點進行必要的信號剪裁和優化。其次是無線多跳組網：基站節點利用無線多跳網絡實現信號的遠距離傳輸，并在自組網以及自適應路由器的全面整合下，提升數據傳輸的質量。最后是現有網絡設備：技術人員可以依托較為成熟的APN技術，在基站內部增加適當的終端模塊，強化基站接入電力專網的能力。同時還可以利用已經鋪設好的電力傳輸系統，加入適當的秘密防火墻，從而實現網絡的有效對接。

（二）多跳無線組網信息傳輸過程分析

在架空線路上通過采集有效的信息數據，技術人員可以進行多角度Qos劃分，通常情況下分為以下三種類型：首先是一般的監測數據，這些數據對于時間的延遲并不敏感，而且大多體現為周期性采集的數據。其次是緊急突發事件的信息采集和傳輸，這些數據一般情況下需要到后臺來運行，而且對于時間的要求不高。最后是應用需求數據，這些數據在采集或傳輸的過程中對于時間延遲方面的要求相對較高。而且為了能夠更為高效和動態地感知到后臺系統信號的運行情況，還需要采取不同的數據傳輸方式。

一旦緊急傳輸信號被傳入到后臺，發送數據的平臺就不能選擇下一個LoRa基站作為關鍵網節點，但是可以選擇距離后臺較近的基站作為節點，從而保障系統功率之間的平衡。除此之外，為了防止無線傳輸干擾，LoRa基站之間的多個網組，每一個基站節點上都可以利用傳感器進行后臺信息數據的傳輸和感知，并將一定的信號數量發送到云端后臺，從而滿足信號的編號需求。而且在同一個發送間隙內，每一組節點都有其特定的數據類型，尤其是在奇數時隙中，節點會被分配到特定的通信通道之內，并將信號內容發送到下一跳節點，從而保障數據傳輸的安全性和完整性。而當出現偶數的時隙時，技術人員就可以根據整個線路的鋪設方案和鋪設要點，進行必要的偶數向數據傳輸，滿足信息傳遞的規律性，繼而保障整個系統的安全有效。

（三）加密方案

LoRa架空數據線路在進行信號傳輸的過程中，需要鋪設一定的安全加密線路，以保障信號及數據傳輸的安全性和有效性。首先是數據加密的過程，傳感器經過系統進行加密，然后再經由解密系統進行解密，整個加密通道就像是一個閉塞的信號傳輸路徑一樣，一旦進入到安全模式當中，信號數據就可以暢通無阻。其次是終端認證過程。當傳感器接入到網絡中時，LoRa通信基站能夠利用系統進行傳感器雙向身份的認證，一旦進入到安全加密系統當中，可以直接確認身份信息，防止數據被竊取和盜用等[2]。

二、基于LoRa架空線路裝填感知裝置的設計

該裝置的設計內容包括距離、電流、弧垂、溫度、傾斜以及氣象等多個方面。一般情況下整個系統的設計基本由供電、通信、處理以及感知組成。而且在LoRa嵌入式狀態感知裝置的引導下，采取芯片化和模塊化的裝置能夠在很大程度上提升結構的穩定性和完整性，從而保障信息數據傳輸的高效化。而且不同傳感器在進行模塊設計的過程中，具有不同的設計要點和設計方案。例如，將MCU核心板和傳感器模塊進行有效的標準化對接，可以在很大程度上為整個信號傳輸系統提供一個優質的信號端接口，使硬件加密系統、存儲器以及處理器等裝置能夠在很大程度上實現預期的對接。

三、基于LoRa的架空線路物聯網感知技術的應用

（一）典型的應用場景

一般情況下，重要的輸電線路通常都會在多線共用走廊上進行信號或數據的傳輸，而且所呈現的是網絡并存的兩鏈式網絡模式，其優點是塔桿之間的間距相對較近，能夠在很大程度上強化信號傳輸的距離。但是一旦其中一條線路上的數據傳感器出現失靈的情況，整個線路就會由于系統的不穩定性而產生信號中斷的情況，繼而影響到整個數據傳輸的結果。因此，在進行具體的設計流程中，技術人員需要將塔桿之間的干擾因素一起考慮在內，提升整個系統的穩定性。而在天線部分的設計中，技術人員就需要根據具體的線路設計要求，確定是設計內置天線還是外置天線，并依照相關的技術要點安裝有效的防護外殼，保障其外觀合理、高能有效，提升整個線路系統的先進性和有效性。

（二） 電壓基站線路的應用

在系統實際應用的過程中，為了能夠在一定程度上提升整個網絡的魯棒性，以正負10千伏的線路區段為主要的研究對象。技術人員可以在線路轉彎的位置，設計一到兩個LoRa基站。而且從直線的距離與位置上來看，各個基站之間的距離相差并不大，而且還具有很強的排列性質，能夠保障信號數據傳輸的穩定性。除此之外，在正常的情況下，基站與基站之間可以進行多跳躍式的數據傳輸，而且能夠直接將信號傳輸到內網當中。如果基站發生呢個異常的情況，前一個基站能夠將后邊基站中的數據提取出來，保障信息能夠及時有效的傳輸，從而提升整個網絡系統的魯棒性[3]。

四、結束語

基于LoRa的架空線路物聯網感知技術的應用，能夠在很大程度上對物聯網技術進行優化和升級，提升整個系統的安全性和有效性。同時，在現代科技不斷更新和進步的情況下，無論是網絡線路的鋪設還是網絡數據傳輸系統的優化升級，都能在很大程度上滿足系統線路的建設和鋪設要求，優化線路設計要領的同時，對整個線路系統的外觀以及性能進行改造，提升其堅固性和安全性，繼而為信號的傳輸以及數據的對接提供堅實有效的物質基礎。

參考文獻：

[1]路永玲，劉洋，胡成博，徐江濤.基于LoRa的架空線路物聯網感知技術研究[J].電氣應用，2019，38（07）：68-72.

[2]何佳璇，文浩.基于LoRa的架空線路物聯網感知技術研究[J].中國能源技術，2019，44（26）：88-92.

[3]郝佳俊，孫敘含，劉有存.基于LoRa的架空線路物聯網感知技術研究[J].智能中國發展研究，2019，18（22）：55-61.

（作者單位：淅川縣電業局）