1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
一、研究背景
无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。从最初的电报开始经过150多年的现代电信的发展是来自各界的成千上万科学家、工程师和研究人员的辛勤劳动的结果。无线通信系统是通过无线协议实现通信的一种方式，无限通信技术指的是多个节点可以进行无介质远距离传输通讯。物联网的无线通信技术很多，主要分为两类：一类是zigbee、wi-fi、蓝牙等短距离通信技术，另一类是nb-iot和lora等长距离无线通信技术。它们或基于传输速率、传输距离和功耗的特殊要求，或着眼于功能的可扩展性，各有千秋。在物联网的智能应用中，不仅需要组建短距离的无线传感网，大多数时候还需要进行长距离的无线通信。现今，随着智能化技术的广泛应用，无线通信技术被广泛应用。
2. 研究的基本内容和问题
| 一、主要研究内容： 1. 研究网络通信，设计一个能够支持多种网络的通信的智能嵌入式系统，分析给中通信网络直接的特性，完成软硬件设计； 2.利用BLE4.2串口透传模块、2.4GZigbee无线串口收发模块CC2530、Lora无限串口通信SX1278模块、NB-IOT模块（WH-NB73-BA）构建硬件系统，研究相关通信协议，设计网关，分别研究数据传输的方法。 3.研究接收数据时如何同步协调四个串口不冲突的机制，以及确保数据不丢失的方法并应用于所设计的项目， 4.利用STM32开发板以及STM32软件开发工具Keil4完成对四个模块的驱动以及各个模块驱动程序，利用软件编程实现终端显示。
二、应实现的功能： 1. 数据无线通信功能——能够通过Zigbee、BLE、LoRa、NB-IOT技术实现各功能模块之间的通信。
三、预期目标 预期目标是完成硬件电路的搭设，然后编写各系统的处理程序。设计一个能够支持多种网络的通信（Zigbee、BLE、LoRa、NB-IOT）的智能嵌入式系统，在完成软硬件的设计后，还需要对它们分别进行调试，对实验结果进行误差分析，以求实验方案的改进。
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3. 研究的方法与方案
| 一、拟采用的研究方法 首先我们需要确立系统整体的设计方案。硬件设计部分运用到的物联网技术有Zigbee、BLE、LoRa和NB-IOT，ZigBee具有较高的安全可靠性，可实现十分完备的检测功能；BLE技术可连接多个设备，克服了数据同步的难题；LoRa不通过运营商基站发送数据,而是有其自身的服务端，由于不需要移动运营商的参与,它便不需要向移动运营商支付费用,但是它也需要有自己的服务器,用于接收节点的信号,以及将信号转发至互联网；NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。 以下是系统总体的结构框图:
图1 总体结构框图 硬件设计中对于元器件的选取，由于硬件部分的设计对软件的设计、编写以及调试有很大影响，合适的元器件能使设计电路简单，系统功能稳定，还能提高产品精度，降低产品功耗，延长产品使用寿命，所以器材的选取尤为重要.
系统的软件部分，需要程序的规范性，以及在运用函数库编程实现功能的前提下，程序尽量简单化，并能够实现功能的可靠性。 系统工作的主要软件框图如下：
图 2 系统的软件框图 二、研究步骤 （1）查阅设计中涉及的参考资料 （2）综合运用相关的专业知识，确定硬件的选型及软件的开发。 （3）设计并编写相关的软件程序，对各模块进行调试。 （4）进行系统硬件的搭建，进行综合调试，完成实物的设计。 （5）进行实验结果测试，进行误差分析。 |
4. 研究创新点
| [1]Pham Congduc,Ehsan Muhammad.Dense Deployment of LoRa Networks: Expectations and Limits of ChannelActivity Detection and Capture Effect for Radio Channel Access[J]. Sensors,2021,21(3). [2]CROCE D,GUCCIARDO M,SANTAROMITAG,etal.Performance of LoRa technology：link-level and cell-level performance[Z ].LPWAN Technologies for IoT and M2M Applications,2020:181-197. [3]Formyduval W L,Thuente D J.Priorityinversion ang queue management for 802,11priority WLANs[C]//Consumer Communications Network Conference.2013 [4]胡玉兰,张浩岩.基于ZigBee目标检测物联网网关设计研究[J].信息技术与信息化,2021(01):183-185. [5]张昊,孙元,王志刚,王换换.基于ARM和WIFI技术的心电信号实时检测系统设计与研究[J].计算机测量与控制,2021,29(01):54-58. [6]张萍,胡应坤.基于ZigBee和OneNET云平台的智能农业温控系统[J].物联网技术,2021,11(01):25-28. [7]刘懿俊,梁军,张强.基于LoRa双频段网关节点的数据采集系统设计[J].物联网技术,2021,11(01):36-38 41. [8]田丰.基于ZigBee GPRS的智慧校园监测系统设计[J].电子制作,2021(02):7-9. [9]刘君,赵丽艳,罗晓媛,邹栋.基于Zigbee的串口通信数据流循环冗余校验方法[J].计算机仿真,2021,38(01):226-230. [10]余诺. 移动边缘网络协作式资源调度算法设计[D].哈尔滨工业大学,2020. [11]方原柏.创新的多协议现场无线网络——多种无线通信标准的融合[J].自动化仪表,2019,40(07):1-5. [12]王睿. 基于智能优化算法的海事异构通信网络资源分配研究[D].大连海事大学,2019. [13]许中虎. 去中心化群智网络中的信息传输新机制、可传输性与传输技术研究[D].中国科学技术大学,2019. [14]孙锦全,石峰.基于NB-IoT/LoRa的工业环境安全监测系统设计[J/OL].传感器世界,2018(11)[2019-02-25]. [15]余俊峰,刘奔,程鑫.基于LoRa与NB-IoT的城市地下燃气泄漏监测系统研究[J].物联网技术,2019(02):17-19. [16]刘克清,周俊,李世光,任晓华.NB-IoT低功耗技术及功率参数配置研究[J].移动通信,2018,42(12):32-36.
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5. 研究计划与进展
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