物联网技术在电力系统的作用

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【摘要】研究LoRa和eLTE-IoT两种物联网技术，开发基于LoRa技术和eLTE-IoT技术的外置用电信息采集通信仓，以用电信息采集业务的实际应用为着力点，解决电力通信覆盖盲区问题。研究eLTE-IoT和LoRa技术原理，部署实验环境，开发或利用相关的平台，通过两者技术的实验数据，给出对比性的客观数据，为实现敏感客户设备停电告警实时监测、故障定位，做到快速定位、快速消缺做好研究基础。

【关键词】物联网技术；电力系统；应用

1LoRa在物联网中的技术应用

1.1背景。物联网（IOT）是指通过各种信息传感器、RFID技术，实时采集任何需要监控、连接和交互的对象或过程，以及声音、光、热、电、机械、化学、生物和位置等需要采集的信息，全球定位系统、红外传感器、激光扫描仪等设备和技术通过各种可能的网络接入，实现物体与人之间无处不在的联系，实现对物体和过程的智能感知、识别和管理。运营商提供的4G网络是人们生活中使用最广泛的网络，比WiFi运用更广。可以实现远距离传输，室内外皆可，速度非常快。这项技术看似优越，但耗电量大，因此只能在物联网场景中使用，终端可以自己获取电力，比如某公司的共享自行车，使用太阳能电池板获取电力。在远程场景中，如果终端无法解决供电问题，则需要一种低功耗、大覆盖的技术来满足这种场景下物联网的通信需求。因此，在商业和技术的推动下，一些专家和企业开发了一种新的通信技术LPWAN，即低功耗广域网技术，以解决这一问题。物联网是通过RFID技术、无线传感器技术和定位技术，自动识别、收集和感知货物的标识信息、属性信息和周围环境信息，并借助各种电子信息传输技术，将货物的相关信息聚合成一个统一的信息网络，利用各种云计算、模糊识别、数据挖掘和语义分析等智能计算技术，对货物的相关信息进行分析和融合最终实现对物质世界的高度认知和智能决策控制。1.2LoRa技术简介。LoRa是semtech公司创建的低功耗局域网无线标准，低功耗一般很难覆盖远距离，远距离一般功耗高，要想马儿不吃草还要跑得远，好像难以办到。LoRa的名字就是远距离无线电（LongRangeRadio），它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3~5倍。它主要用于物联网和电池供电的WLAN和WAN设备。LoRa是基于亚GHz频段的，这使得在低功耗的情况下更容易进行远距离通信。LoRa网络的架设跟蜂窝网络类似，很多LoRa的运营商都是蜂窝网络运营商，他们只是在原有蜂窝网络基站的基础上增加天线来提供LoRa网络服务，很多情况下，LoRa天线和蜂窝网络天线共用，因为频率非常接近，所以LoRa有明显的成本优势。1.2.1LoRa无线系统主要功能包括。（1）远距离可达30英里，室外直线距离。（2）节点有数百万个。（3）电池寿命长达数十年。1.2.2LoRa技术要素。（1）RF接口LoRa的物理层管理节点或端点之间传输的RF信号，即接收信号的传感器和LoRa网关。它控制信号频率、调制格式、功率电平、发射和接收元件之间的信令等相关课题。（2）LoRa网络架构元素有整体系统架构、回程、服务器和应用计算机、RF元件。1.3LoRa调制。LoRa是一种特殊的无线扩频调制解调技术。它与其它调制方式如FSK（频移键控）、GMSK（高斯最小频移键控）、BPSK（二进制相移键控）及其衍生物有着明显的对比。它结合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术，具有前所未有的性能。在此之前，只有一些军事通信系统会集成这些技术。随着LoRa的引入，嵌入式无线通信领域的形势发生了根本性的变化。LoRa调制解调器采用扩频通信技术和前向纠错技术，它融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术。扩频通信技术是一种信息传输方式，信号的带宽远远大于传输信息所需的最小带宽；频带的扩展由一个独立的码序列来完成，通过编码和调制来实现，独立于发送的信息数据；在接收端，相同的代码用于同步接收、解扩和恢复发送的信息数据；前向纠错编码技术是给待传输数据序列中增加了一些冗余信息，这样，数据传输进程中注入的错误码元在接收端就会被及时纠正。这一技术减少了以往创建“自修复”数据包来重发的需求，且在解决由多径衰落引发的突发性误码中表现良好。其特点有第一是扩大了无线通讯链路的覆盖范围（实现了远距离无线传输）；第二则是具有更强的抗干扰能力。对于同信道GMSK干扰信号的抑制能力达到20dB。凭借这么强的抗干扰性，LoRa调制系统不仅可以用于频谱使用率较高的频段，也可以用于混合通讯网络，以便在网络中原有的调制方案失败时扩大覆盖范围。

2LoRa技术

2.1LoRa的通信特点。LoRa是采用SX1276/77/78收发器的终端节点。应用于超长距离扩频通信的LoRa远程调制解调器。它具有很强的抗干扰能力，能最大限度地降低电流消耗和功耗水平。LoRa的发射功率很低，是不通过增加发射功率来增加通信距离。产生的原因是：①传输频率低，信号波长，传输过程中产生的衰落较小；②采用扩频技术，使信号的抗多径和抗衰落能力更强，因此对传输功率的要求不高；③终端节点在通信过程中的电流很小，接收电流低至10mA，休眠电流只有200μA，不仅降低了终端节点的能耗水平，还保证了终端节点可靠持久的工作寿命。2.2LoRa通信协议的特性。LoRaWAN是一种基于ALOHA的异步协议，即根据特定应用场景的需要，节点可以长时间或短时间睡眠，而蜂窝等同步协议的节点必须定期联网。例如，市面上的手机必须每1.5s与网络同步一次，在NB-IOT中，这种同步比较少，但仍然是定期的，这会消耗额外的电池电量。蜂窝网络中的调制是充分利用频带的一种有效方法，但从节点的角度来看，它并不有效。

3结论

综上所述，物联网发展中会出现许多已知或未知的技术问题，但在政府和大众市场的政策支持下，物联网产业将能够突破一切困难，全球目标智能化的实现将很快到来。与其他通信技术相比，LoRa具有功耗低、覆盖范围广等优点，因而得到了广泛的应用。

参考文献

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作者:张一晨 刘瑞 范子涛 宋俊廷 单位:国网新疆电力有限公司乌鲁木齐供电公司