楚琳琳 徐江涛

摘 要：农业物联网主要有3个层次，分别是感知层、传输层以及应用层。感知层通常由温湿度、光照传感器等多种传感器构成，对环境实行监测;传输层位于感知层和应用层中间，能够借助网络将收集到的数据上传到应用层;应用层具有决策性的地位，实现对传输数据的处理，并将处理后的结果反馈到客户端，再由用户进行最终决策。文章首先概述了农业物联网体系架构以及物联网云平台，其次对LoRa技术及其特征进行了分析，最后对LoRa通信测试进行了探究。通过测试结果可以得知，在数据传输方面，该系统有较好的可行性，值得推广。

关键词：农业物联网系统;LoRa技术;数据传输;物联网云平台

0 引言

伴随农业的快速发展，物联网技术在农业系统方面得到了大力推广，以农业物联网系统为例，其中运用了一系列的无线网络技术，比如较为常见的WiFi。实际上，面对一些并不简单的农业环境，这些技术有着一定的不足，而对于LoRa技术而言，其有着更为突出的优势，应在该系统中进行推广^[1]。

1 物联网云平台

物联网云平台能够实现物联网以及云计算技术的有机融合，促使消费者与商家之间的活动变得更为便捷^[2]。当前云服务已经逐渐发展成主流趋势，利用云平台，促使物联网技术得到了更加广泛的运用，极大地解决了建立物联网架构花销的问题，而且还为数据的传输奠定了基础，有利于降低成本，具备一定的经济性。Tlink平台具备一系列的特点，尤其是存在足够的网络连接，比如较为常见的MQTT连接^[3]。通常情况下，物联网设备存在两个发展方向，通过制造商研发设备，这样能够降低费用，但是耗时相对较长，而且还是通过已经构建的物联网模块，比如传感器模块等，利用总线以及通信协议达到通信的目的。该方式具备较短的开发期，而且比較容易部署，但是需要投入较高的成本，不利于农业领域进行大范围的部署。因此利用UDP连接的方式，不但可以提高速度，使其变得更为便捷，还能够有效减少成本投入。

2 LoRa技术及其特征

在以前大部分传感器中，网络以及智能终端不能进行连接，以过去的2G和3G进行分析，仅是处理一些有关的运用，比如较为常见的短信，当然也包含无线通信，由于受到距离的限制，对于蓝牙以及WiFi等而言，仅应用于智能家居，并不能满足大规模的运用。除此之外，这些运用所需成本较大，而且有很大的功耗。将来的连接设备，大部分都需要利用电池进行供电，这也意味着电池供电的方式将被广泛使用，而且还要具备长时间的待机装置，对于无线技术而言，其实现还具有较大的挑战性。为了实现物联网的广泛运用，由此产生了LPWAN，利用它可以有效解决4个问题：第一，可以解决低速率以及低宽带的运用;第二，可以解决低功耗以及电池供电的问题;第三，可以解决远距离超强覆盖的问题;第四，可以实现全方位的连接。

LPWAN含有多项技术，其中被广泛运用的有3种。第一种是LoRa，它是美国公司开发的，现阶段已被用于商业。第二种是NB-LoT，它是我国华为公司开发的。第三种是Sigfox。LoRa可以实现1 GHz以下的工作，能够进行超长距离传输工作，而且还有着较低的功耗，同目前使用广泛的Sub-Ghz芯片的灵敏性进行对比，LoRa可以达到-148 dBm，而且它接受的灵敏性已经增强了20 dB，还可以不通过TCXO来实现，不但具备集中器以及网关，还具备对多个节点数据进行接收以及发送，提高了系统的容量。LoRa借助的是异型网络架构，相比之下，这一结构的延迟并不高，而且较为简单。通过LoRa芯片，可以及时建立网络，除了能够构建不复杂的区域网，也能够构建广域网，由此可以得知，这一芯片有着更为简便的优势。LoRa属于线性扩频调制，可以达到 157 dB，通信距离能够超过15 km。省电节能方面，它同WiFi以及Bluetooth技术进行对比，有着显著的效果。LoRa运用的是自适应的数据策略，可以对多个终端的通信数据进行完善，比如数据的速度以及输出功率等，让它接收到的电流可以实现最低10 mA，同时让其休眠电流低于200 nA，这样将有助于更好地增加电池的使用寿命。具体运用中，通过运用LoRa物联网，电池的利用时间能够超过10年，相比之下，有着更为突出的优势。

3 LoRa通信测试

将LoRa网关安装于测试系统，图1所示为LoRa网关实测，图2所示为实地检测环境。对于LoRa通信测试，文章主要从通信距离测试、通信丢包率测试等方面进行探究，以供参考。

（1）通信距离测试。为更好地测试通信距离，共选择两个指标，一个是RSSI指标，另一个是丢包率。RSSI指标可以充分判断无线通信接收信号的强弱，利用对该数值的测量，能够全面掌握通信的网络状况，而丢包率则能够对通信质量进行有效判断。一共选择了两个实验地点，一个是空旷的环境，另一个是大棚环境，针对两个地点，每隔5 s进行1次数据包的发送。基于两个不同的条件，向指标开展一对一的测试，测试结果如表1所示。由表中所含信息可知，在这两种环境下，伴随距离的变长，丢包率随之增加，而RSSI慢慢减小，由此可知，在数据传输方面，与大棚环境进行比较，空旷环境的传输效果较为理想，当距离不超过2 km时，能够达到预期的目标。从理论的角度上来看，通过对这一芯片的使用，传输距离能够超过5 km，不过因为会被一些因素影响（比如环境），从而不能达到最佳的距离。

（2）通信丢包率测试。丢包率是基于数据的传输以及接收，针对丢失以及传输的数据，将这两种数据相除，从而获得的比率。对于传输数据的测试，丢包率是非常关键的指标，当对信息进行传输时，往往会发生碰撞的问题，为降低出现该问题的概率，文章采取TDMA的方式，和CMSA方式进行对比，实际的测试结果如表2所示。

从表2中所含信息可以得知，相比之下，通信距离对该指标有着更大的影响，在丢包率方面，与TDMA方式进行比较，CMSA的丢包率较高。由此可以得知，TDMA有着较为理想的传输性能。

4 结语

文章通过对一系列指标的测试比较，比如丢包率指标，同时获得了相应的结果。测试结果能够表明，农业物联网系统有着较好的可行性，以农业大棚来分析，能够很好地符合数据传输的要求。

[参考文献]

[1]李鑫，贾小林.基于物联网的农作物管理系统的研究与设计[J].物联网技术，2020（10）：72-75.

[2]吴江雪.农业物联网系统中基于LoRa的数据传输技术研究[D].太原：中北大学，2020.

[3]时生乐，魏素盼.基于LoRa技术的智慧农业监控系统研究[J].时代农机，2020（2）：105-106.

Analysis of LoRa-based data transmission technology in

agricultural Internet of Things system

Chu Linlin， Xu Jiangtao

（Henan Institute of Traffic Technicians， Zhumadian 463000， China）

Abstract：There are three main levels of agricultural Internet of Things， namely， perception， transmission and application layer. The sensing layer is usually composed of temperature and humidity， illumination sensor and other sensors which is used to monitor the environment; the transport layer is located between the sensing layer and the application layer which can upload the collected data to the application layer with the help of the network; the application layer has a decision-making position which realizes data transmission processing. This paper first summarizes the agricultural Internet of Things architecture and the Internet of Things cloud platform， then analyzes the LoRa technology and its characteristics， and finally probes into the LoRa communication test. The test results show that the system is feasible and worth popularizing in data transmission.

Key words：agricultural Internet of Things system; LoRa technology; data transmission; Internet of Things cloud platform

作者簡介：楚琳琳（1985— ），女，河南漯河人，讲师，本科;研究方向：计算机应用。