LoRa(遠程)是一種非常適合物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用程序的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)。LoRa用于牲畜監(jiān)視應(yīng)用程序，在該應(yīng)用程序中，將點對點模式配置為從傳感器收集GPS和加速度計數(shù)據(jù)，并將收集到的數(shù)據(jù)中繼到基站。
例如智慧農(nóng)場行業(yè)中，自由放養(yǎng)的牛監(jiān)控就是一項具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用。因為電池供電的傳感器必須小巧且節(jié)能，并且能夠在無法預(yù)測的位置進行長距離的數(shù)據(jù)通信。我們提出了對現(xiàn)有LoRa網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的新穎更改，該協(xié)議通過使用GPS傳感器啟用的全局時間同步以及LoRa獨有的并發(fā)傳輸特性，將能耗降至最低。網(wǎng)狀布線階段有效地發(fā)生在每個數(shù)據(jù)收集期間，使該方法非常適合于將高度移動的傳感器聯(lián)網(wǎng)。
LoRa網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，用于跟蹤和監(jiān)視自由放養(yǎng)牛的位置和活動。在建議的系統(tǒng)中，電池供電的傳感器連接到牲畜，并定期收集GPS數(shù)據(jù)和加速度計數(shù)據(jù)并將其傳輸?shù)交?。較長的傳輸距離和物理障礙(例如起伏的丘陵，樹木和其他牲畜)要求將傳感器網(wǎng)絡(luò)配置為網(wǎng)格，從而允許收集的數(shù)據(jù)在到達基站之前在傳感器之間進行中繼。基站和傳感器之間的數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，必須以超低的能耗實現(xiàn)。
擬議的系統(tǒng)引入了一種協(xié)議，該協(xié)議能夠在超過LoRa規(guī)定的距離上進行安全且能源優(yōu)化的數(shù)據(jù)通信。擬議的框架使用GPS來使網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器時間同步到精確的喚醒時間，從而實現(xiàn)不頻繁，安全且一致的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)的配置，從而將能耗降至最低。使用建議的系統(tǒng)的應(yīng)用程序?qū)⑹芤嬗谠黾拥臄?shù)據(jù)傳輸范圍和改進的數(shù)據(jù)包傳遞可靠性，同時將能耗降到最低。
這項工作是由一個現(xiàn)實的自由放養(yǎng)牛監(jiān)視應(yīng)用程序激發(fā)的，該應(yīng)用程序使用電池供電的傳感器來收集GPS和加速度計數(shù)據(jù)，并通過LoRa傳輸?shù)交綶13]。使用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控散養(yǎng)牛所面臨的挑戰(zhàn)總結(jié)如下：
1。牛的流動性很高，并且可以在偏遠的農(nóng)村，偏遠地區(qū)移動很長的距離，從而使通信鏈接變得不可靠。
2。牛充當(dāng)大型電介質(zhì)，并且可以吸收大量的射頻傳輸能量，從而使IoT設(shè)備的通信范圍取決于牛的方向。
3。傳感器包裝必須小巧輕便，需要一個小的電池，這會造成能源受限的情況。
通過LoRa傳輸網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)使用相鄰的牛作為中繼器將傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃oRa基站。典型的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不適合我們的牲畜監(jiān)視應(yīng)用程序，因為它們消耗大量能量、移動性能差且不安全。lora無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以解決這些困難：
1。利用GPS時間同步和LoRa并發(fā)傳輸功能來有效地從分布在較大地理區(qū)域的超低功率傳感器收集數(shù)據(jù)。
2。將輕量級加密和身份驗證安全功能集成到LoRa網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，以防止數(shù)據(jù)包嗅探，數(shù)據(jù)欺騙和智能拒絕服務(wù)(DoS)攻擊。
3。lora應(yīng)用于新型的散養(yǎng)牛監(jiān)控應(yīng)用程序，這給確保可靠的數(shù)據(jù)包傳送和超低能耗帶來了重大挑戰(zhàn)。可以開發(fā)傳感器原型在牛場環(huán)境中進行實驗驗證。
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