張秀功

在未來信息化戰(zhàn)場中，對信息通信系統(tǒng)組網(wǎng)快速便捷，功率損耗低，傳輸距離遠，抗干擾性強等特性要求越來越嚴格，尤其在沙漠、丘陵等荒無人煙的地區(qū)，如何更精準快速進行保障，無疑是對信息通信系統(tǒng)提出了更為苛刻地要求和標準。本文旨在利用LoRa技術自身的優(yōu)勢和特點，設計一套能夠及時進行采集和反饋人員求救，物資需求和彈藥消耗等信息的軍事后勤保障系統(tǒng)，即先由系統(tǒng)將接收到的所有戰(zhàn)場信息進行歸納分類，而后由指揮所或相關保障組對接收到的戰(zhàn)場信息進行分析、研判和處理。

一、系統(tǒng)總體設計

軍事后勤保障系統(tǒng)由訪問平臺、服務器、LoRa基站（網(wǎng)關）和無線終端節(jié)點四部分組成。其中訪問平臺是指電腦終端，能夠進行數(shù)據(jù)的訪問查看和分析處理，為指揮所或相關保障組擬制方案、調(diào)配物資等活動提供可靠地條件支撐;服務器不僅負責上傳數(shù)據(jù)的優(yōu)化和處理，而且其數(shù)據(jù)庫還能將數(shù)據(jù)進行存儲;LoRa基站主要負責對上（服務器）和對下（無線終端節(jié)點）的數(shù)據(jù)交互，所以該系統(tǒng)可以有效進行指令的上傳下達;無線終端節(jié)點主要由作戰(zhàn)分隊/單兵進行操作，它不僅有人機交互界面，可以向指揮所發(fā)送食品、藥品和彈藥等物資裝備需求;而且還有智能感應系統(tǒng)，能夠實時檢測單兵體征、位置和戰(zhàn)場環(huán)境等信息。

二、系統(tǒng)網(wǎng)絡架構設計

LoRa技術采用LoRaWAN網(wǎng)絡協(xié)議[1]，在這個網(wǎng)絡架構中，主要由服務器、基站（網(wǎng)關）、無線終端節(jié)點三部分組成。其中基站（網(wǎng)關）就是一個透明的中繼，主要負責服務器和無線終端節(jié)點之間數(shù)據(jù)的轉發(fā)，且無線終端節(jié)點均采用單跳與一個或多個基站（網(wǎng)關）進行接收和發(fā)送的雙向通信。較比以前許多相對成熟的無線傳輸網(wǎng)絡而言，其具有續(xù)航時間長、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、網(wǎng)絡結構清晰等優(yōu)勢，能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡的自我組織、自我維護與自我管理以及構建各類網(wǎng)絡通信接口，實現(xiàn)與聯(lián)合戰(zhàn)術通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的多方式多手段的綜合接入。再者，LoRa采用的調(diào)制技術是擴頻，所以可以在組網(wǎng)運用中，使用不同的頻率和傳輸速率，這樣能夠有效緩解LoRa基站（網(wǎng)關）中數(shù)據(jù)并行的壓力。

三、系統(tǒng)硬件設計

本文選取Semtech公司推出的SX1278擴頻技術芯片[2]，首先是SX1278芯片主要應用于443MHz、470MHz頻帶，接收靈敏度達-139dBm，且擴頻因子選擇范圍是6-12個，其次是因為SX1278芯片屬于LoRa擴頻調(diào)制技術，相比于通過增大發(fā)射功率來提高通信距離的常規(guī)技術，它的優(yōu)勢是調(diào)制增益（不會增加額外功耗）;最后是因為SX1278芯片的電流消耗較低（休眠<0.2μA，空閑=1.6mA，接收=12mA，最大發(fā)射功率=120mA），SX1278芯片是由終端MCU進行控制的，即通過“中斷+定時器超時”的方式，一旦發(fā)送和接收的狀態(tài)結束，就立即進入休眠狀態(tài)[3]。下面分別介紹無線終端節(jié)點和LoRa基站的硬件示意圖。

3.1無線終端節(jié)點示意圖

本文主要選取TI公司生產(chǎn)的MSP430G系列[2]為主控芯片進行簡要介紹及說明，因MSP430G系列是一款具有16位RISC結構和一定處理能力的單片機，擁有5種省電模式，即LPM0-LPM4，功率消耗超低，而且MSP430G系列中繼機制很完善，可以有效控制CPU和各個模塊，基本達到了無線終端節(jié)點的設計需求。

如圖2所示，無線終端節(jié)點主要由核心芯片、射頻模塊、電源模塊、保密模塊、傳感設備、顯控設備等組成。其主要任務是完成相關數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，以及對基站發(fā)送來的數(shù)據(jù)進行響應和接收，即一方面通過傳感設備采集生命體征（血壓、心率、體溫等）、位置信息、戰(zhàn)場環(huán)境等相關數(shù)據(jù)，和需要匯報的武器彈藥損耗、食品藥品需求、戰(zhàn)場環(huán)境情況等信息均可通過無線終端節(jié)點發(fā)送到LoRa基站，申請裝備物資保障或受傷人員救治等等;另一方面，無線終端節(jié)點對LoRa基站傳送來的指令進行響應，作戰(zhàn)分隊/單兵能夠及時接收指揮所或保障組根據(jù)現(xiàn)有物資實力及戰(zhàn)場情況作出的處理意見和決定（組織救援、物資派送等）。

3.2 LoRa基站示意圖

本文主要選取ST公司推出的基于CortexM3內(nèi)核的STM32F1系列為主控核心芯片進行簡要介紹及說明，因其具有低至13μA左右的功耗，最高可達72MHz的工作頻率和擁有20KB的片內(nèi)SRAM等特性[2]，基本滿足了基站的設計需求，同時要想使系統(tǒng)的功耗達到最優(yōu)，則還需在睡眠、停機、待機3種模式之間進行合理的切換和平衡。

如圖3所示，LoRa基站主要由核心芯片、射頻模塊、電源模塊、加密處理器等組成。其主要任務是完成數(shù)據(jù)的上傳下達，即一方面能夠通過LoRa無線網(wǎng)絡采集接收終端數(shù)據(jù)，然后通過聯(lián)合戰(zhàn)術通信網(wǎng)絡傳輸至指揮所（服務器）進行數(shù)據(jù)分析，另一方面，LoRa基站接收指揮所下達的指令，然后通過LoRa無線網(wǎng)絡傳輸至無線終端節(jié)點。

四、小結

實現(xiàn)器材裝備、武器彈藥、供養(yǎng)補給、人員搜救等支援保障的“精確化”，是未來信息化條件下部隊后勤保障的趨勢，相關系統(tǒng)有待進一步開發(fā)和完善，我們要充分運用以信息技術為核心的高科技手段、現(xiàn)代化管理模式和創(chuàng)新技術成果，在確保符合各項規(guī)章制度的前提下，結合部隊信息通信系統(tǒng)裝備的保密性、實用性、復雜性和極端性等相關要求，合理的籌劃、建設和運用后勤保障力量，促使后勤保障適時、適地、適量達到盡可能“精確化”的程度，確保保障資源的合理化、節(jié)約化和最大化。最后，該系統(tǒng)及LoRa相關技術在軍事后勤保障上的運用都具有一定的參考意義。

參? 考? 文? 獻

[1]劉磊，孫超山.低功耗遠距離無線通信技術及其軍事應用分析[J].通信技術，2018，51（02）：331-336.

[2]陳彪，揭晶方，張偉，沈瓊霞.基于LoRa的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2018，26（10）：128-132.

[3]彭飛飛.低功耗長距離無線收發(fā)模塊設計與實現(xiàn)[D].電子科技大學，2016.