2019-05-28
4037
作为低功率广域网(LPWAN)的可能实现，长距离(LoRa)技术被认为是物联网(IoT)的未来无线通信标准，因为它提供竞争性功能，例如长期通信范围，低成本和低功耗，使其成为当前无线传感器网络和传统蜂窝技术的最佳替代方案。但是，LoRa中可用于物理层调制的有限带宽使其不适合从图像传感器等设备进行高比特率数据传输。在树林检测法中，我们在节点到节点网络模型中通过LoRa物理层(PHY)传输图像传感器数据。在实施这种方法时，我们提出了一种克服LoRa带宽限制的新方案。利用该方案，由传感器收集的需要高数据速率传输的图像被加密为十六进制数据，然后被分成用于通过LoRa物理层(PHY)传输的分组。为了评估使用该方案传输的图像质量，我们测量了丢包率，峰值信噪比(PSNR)和每个图像的结构相似性(SSIM)索引。这些测量验证了所提出的图像传输方案，并支持工业和学术趋势，促使LoRa成为物联网基础设施的未来解决方案。
无线遥感(WSN)技术在低功率，高速和长距离传输数据方面的能力各不相同。低功耗广域网(LPWAN)是理想的WSN技术，因为它们具有扩展的覆盖范围，低成本和节能特性(可以不需要通信基础设施)使它们成为短距离的补充无线技术，如Wi-Fi和蓝牙低功耗，以及蜂窝技术的可靠替代品，用于城市规模的物联网(IoT)应用。这种能够以低成本和有限的功耗与数千个器件(星形拓扑)进行远程通信的能力是由于工作循环和网络协议的改进]。长距离(LoRa)，窄带物联网(NB-IoT)，IEEE 802.15.4，Sigfox和LTE-M是(IoT)应用程序用于连接无线传感器以扩展物联网部署和降低功率的最新LPWAN技术示例消费。
LPWAN最重要的特性之一是能够通过缩小其带宽或通过在更宽的频率范围内扩展信号的能量来增强接收器的信噪比(SNR)。例如，在NB-IoT中，将带宽缩小到小于25 kHz会增加SNR并增强收发器的性能。当带宽减小到大约100Hz时，Sigfox可以产生类似的效果。利用LoRa，缩小接收机的带宽可以解码信号幅度比噪声基底低19.5 dB的传输，从而实现比其他技术更长距离的通信。与LoRa进行远程通信的能力使其成为高级物联网应用的未来网络基础设施，因为它可以将数百个物联网终端设备连接到一个网关，并且不需要特殊要求即可连接到其他现有网络。在本文中，我们展示了LoRa在WSN中的首次应用，用于传输由图像传感器捕获的红树林图像，并用于树林监测。可通过蜂窝网络2G/3G/4G用于读取土壤湿度、烟雾、海平面测量和温度传感器的数据来监测树林的状况。随后，这些数据被转移到社区中心并进行处理，以制定防止树林退化的战略。将LoRa作为带有图像传感器的WSN首次应用于此区域将有助于环境监测过程，它将有助于增加LPWAN功能，降低功耗(多年来由电池供电)，安装成本(无需安装)对于更昂贵的设备)并增加传输数据的范围。
首先讨论LPWAN图像传输相关工作。然后，提供关于LoRa网络的背景和一些指示其操作的重要参数。在此之后，在LoRa和其他LPWAN技术之间进行了比较，突出了这种技术在WSN应用中的优势。在此之后，讨论了新颖图像转移实验的细节及其设置方法。我们随后列出并讨论了该实验的结果，以验证LoRa物理层上图像传输的可行性。
最近关于LoRa网络的大多数研究都集中在其户外性能和覆盖范围上。值得注意的是，LoRa证明它可以在城市应用和海上应用中提供超过一半的5-10公里范围的数据包。一些研究表达了对LoRa网络上的图像传输的关注，因为图像需要大量的比特并且在传输操作中消耗更多的能量，显示了在LoRa上传输图像的有希望的结果。
迄今为止还没有其他研究测试树林区域图像传输中的LoRa物理层(PHY)功能。这是因为它的长距离能力会影响带宽，而带宽被认为是传输图像和多媒体数据的一大障碍。尽管当前实施的大多数网络都是短距离网络，但它们具有宽带宽和高数据速率(例如，Zibgee，LTE等)，并且它们在链路预算有限的情况下存在严重问题。此外，LoRa和其他LPWAN的安装成本更低，并且在LPWAN旁边不需要中继器，安装成本更低，并且不需要中继器。此外，LPWAN需要更少的功耗。
