地下管廊使用LoRa通信是可行的。LoRa技术在地下环境中表现出色，具有强大的穿透能力和绕射能力，能够实现长距离通信和可靠的信号覆盖。
地下综合管廊通常没有NB和4G信号，采用LoRa技术可以实现长距离通信，重点监测燃气管道压力、燃气流量变化、管道附近温度变化以及管廊倾斜、坍塌等涉及管廊结构安全的因素。
LoRa技术在穿透力方面表现出色，可以穿透墙壁和楼层，实现地下室内的无线通信，这对于地下室中的设备监测、安防等应用非常有帮助。
在地下管廊中，通过合理部署网关和增强信号，LoRa技术可以正常工作，确保在任何异常情况下能立即通知管理人员，实现快速处置。
研究表明，LoRaWAN无线地下传感器网络在大范围和深度的地下监测中是可行的，通过选择适当的物理层参数，可以实现高效的地下观测，并在数据接收速率和网络能耗之间取得平衡。
LoRa技术适用于地下无线传感器数据传输领域，具有低功耗、低成本、单跳组网、易配置、高可靠性等特点。
LoRa通信技术在地下管廊的应用是可行的，能够满足长距离通信和高可靠性的需求。
一、 LoRa技术在地下管廊中的具体应用案例有哪些?
LoRa技术在地下管廊中的具体应用案例主要包括以下几个方面：
- 智慧消防监控系统：LoRa技术被应用于城市综合管廊的智慧消防监控系统中。由于LoRa具有长距离传输、功耗极低、抗干扰能力强、无需布线等特点，使其在综合管廊中具有广阔的应用前景。
- 环境监测系统：智能环境监测系统利用多种传感器(如水浸传感器、水位传感器、烟感传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器、甲烷传感器)和远程测控终端，配合智能网关进行数据采集和处理，以确保地下管廊的安全运行。
- 隧道无线监控系统：基于LoRa技术的隧道无线监控系统可以对隧道中的设备进行控制，并通过RS485总线与LoRa无线协调器通信，实现对隧道环境的实时监控。
- 地下水管网检测：在地下水管网检测以及综合性的管道建设方面，LoRa传感器可以监测异常情况，提供及时的数据支持，从而提高施工和运营的安全性和效率。
二、 地下管廊中LoRa通信的最佳部署策略是什么?
在地下管廊中部署LoRa通信的最佳策略需要综合考虑网络拓扑结构、信号覆盖、抗干扰能力和设备配置等多个因素。
- 确定网络拓扑结构：在进行LoRa一主多从配置前，首先需要明确网络的拓扑结构，包括主节点和从节点的位置关系、通信距离等信息。合理规划网络结构能够有效提高网络的稳定性和覆盖范围。
- 选择合适的频段：LoRa技术支持多个频段，包括433MHz、868MHz和915MHz等。选择合适的频段可以根据具体的应用场景和地理位置进行决定，以确保信号的有效传输。
- 增强信号覆盖：由于地下管廊环境复杂，信号容易受到墙壁和其他障碍物的干扰。可以采用增强信号覆盖的方法，如增加网关数量或使用具有强穿透力的工业级LoRa网关，以确保信号能够有效穿透地下墙壁并覆盖整个管廊区域。
- 优化设备配置：在设备配置方面，需要确保所有设备都正确配置了必要的参数，如GPS同步信号等，以保证系统的稳定运行。
- 减少干扰：在部署过程中，需要注意减少环境干扰，例如通过调整网络参数来避免信道冲突，并选择抗干扰能力强的设备。
- 定期维护：为了确保系统的长期稳定运行，需要定期对设备进行维护和检查，及时发现并解决潜在的问题。
三、 如何解决LoRa在地下管廊中信号穿透和干扰
在地下管廊中，LoRa信号的穿透和干扰问题可以通过以下几种方法来解决：
- 优化设备位置：重新评估LoRa通讯设备和网关的安装位置，尽量将设备安装在离网关较近且障碍物较少的位置，以减少信号衰减。
- 增强信号覆盖：可以考虑增加中继器或额外的网关来增强地下室的信号覆盖。中继器可以有效地扩展信号范围，减少信号盲区。
- 合理设置通信参数：根据实际应用场景，合理设置LoRa模块的通信参数，如频率、扩频因子、编码率等，以获得最佳的通信效果。
- 优化天线设计：天线是LoRa模块的重要组成部分，优化天线设计可以提高信号的传输距离和稳定性。
- 使用强化学习优化SF分配：在大型地下LoRaWAN网络中，使用基于强化学习的扩频因子(SF)分配方案，可以有效减少共SF干扰，优化系统的能源效率。
- 控制发射功率：通过控制发射功率，可以减少内部干扰，从而提高信号的稳定性和穿透能力。
- 提升抗干扰能力：改进接收机的设计，增加抗干扰性能，提高对目标信号的接收能力，并在通信协议中增加前向纠错机制，减少信号干扰对数据传输的影响。
- 主机轮询方式：采用主机轮询方式，逐个轮询叫号的方式，通过点名的方式实现应答，从而减少同频干扰。
四、 LoRa与其他无线通信技术在地下管廊中的性能比较
在地下管廊中，LoRa与其他无线通信技术(如Wi-Fi、蓝牙)的性能有显著差异。
LoRa具有极强的抗干扰能力和穿透力。例如，OGC300工业级LoRa网关可以在噪声环境下20dB解调，穿透力可达10层楼。这使得LoRa在复杂的地下环境中表现出色，能够有效应对墙壁和楼板等障碍物带来的干扰。
相比之下，Wi-Fi和蓝牙的信号穿透能力较弱。Wi-Fi通常用于短距离的室内通信，而蓝牙则更适合近距离设备的连接。在地下管廊这种复杂的环境中，Wi-Fi和蓝牙的信号容易受到阻挡，导致通信不稳定或中断。
此外，LoRa采用低频信号，能够更好地穿透障碍物，并且内置前向纠错编码，提高了信号传输的稳定性。这种特性使得LoRa在远距离和障碍物众多的情况下表现优异，非常适合地下管廊的应用场景。
五、 地下管廊中LoRa网络的能耗管理和优化方法
在地下管廊中，LoRa网络的能耗管理和优化方法主要包括以下几个方面：
- 初始化发射配置：通过获取每一个总灵敏度对应的最低发射功耗的发射配置，组成可选发射配置。
- 构建信道模型：将局部区域检测的土壤体积含水量作为输入量估算当前链路质量，并根据估算出的当前链路质量，从可选发射配置中确定能够满足高质量链路的发射配置。
- 多级功耗优化技术：通过发射功率多级可调、多级休眠和空中唤醒等技术，在超低功耗下实现超长距离传输。
- 优化协议参数：通过调整传输速率、带宽、重传次数等协议参数，平衡数据传输速度和能耗。
- 多层次通信结构：在LoRa网络中引入多层次通信结构，将数据包分成多个子包进行传输，提高传输速率和降低延迟。
- 同步机制：引入同步机制来减少设备之间的冲突，避免信号干扰，提高通信质量和传输效率。
- 增加网络容量和覆盖：通过增加基站数量和优化网络架构，提高网络容量，满足大规模设备连接需求。同时，布设更多的基站或使用中继器来扩展网络覆盖范围，提高传输距离和信号质量。
- 优化网关位置：通过优化网关的位置，减小节点到网关之间的传输距离，从而降低能耗。
- 匹配理论优化：引入匹配理论，将LoRa用户与信道和扩频因子视为匹配双方，提出基于匹配的信道与扩频因子分配算法MSFCAA，以最大化效用为目标，最优化网络信道与扩频因子分配。
