Сследование потенциала и эффективности технологии lora в передаче голоса

1.

Северо-Казахстанский университет
им. М. Козыбаева
факультет инженерии и цифровых технологий
кафедра энергетики и радиоэлектроники
На правах рукописи
621.396.721:616-71
МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ
Костырев Виталий Сергеевич
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛА И ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ LORA В ПЕРЕДАЧЕ ГОЛОСА
7М07110 «Робототехнические, интеллектуальные системы и приборостроение»
Диссертация на соискание академической степени магистра технических наук по образовательной программе
7М07110 «Робототехнические, интеллектуальные системы и приборостроение»
Научный руководитель
к.т.н., профессор Ивель В.П.

2.

Актуальность. Исследование передачи голоса через протокол LoRa имеет высокую актуальность в контексте
развития технологий связи для служб экстренной помощи и обеспечения связи в удалённых или труднодоступных
местах. В ситуациях кризиса и чрезвычайных ситуациях, таких как стихийные бедствия или аварии, когда обычные
средства связи могут быть недоступны или непригодны, LoRa может предложить надёжное и эффективное решение
для передачи голоса на большие расстояния с низким энергопотреблением.
Цель исследования. Целью данного исследования является разработка и оценка эффективности передачи
голоса в через протокол LoRa. В частности, основная цель - определить оптимальные параметры передачи голоса
через LoRa с точки зрения дальности связи, качества голоса и энергоэффективности. Я стремлюсь оптимизировать
такие параметры, как размер пакета, частота передачи данных и другие, чтобы обеспечить надёжную передачу
голоса на большие расстояния с минимальной задержкой и потерей данных.
Задачи исследования.
1. Разработка прототипа системы передачи голоса по протоколу LoRa.
2. Выбор оптимального вокодера для передачи голоса через LoRa с учётом баланса между качеством голоса,
эффективностью передачи и ресурсоемкостью.
3. Разработка программного обеспечения и протокола передачи голоса, учитывающих оптимальный размер пакета
данных, возможность шифрования с применением AES256, а также работу в условиях ограниченной пропускной
способности канала связи.

3.

Научная новизна:
Научная новизна данного исследования заключается в разработке и оценке системы передачи голоса в связи
через протокол LoRa с учетом его ограниченной пропускной способности и узкой ширины канала.
Исследование фокусируется на оптимизации передачи голоса в условиях ограниченных ресурсов LoRa, таких
как ограниченная пропускная способность и ограниченный размер пакета данных. Анализируются различные
параметры передачи данных, такие как размер пакета, частота передачи и выбор оптимальных настроек LoRa
для минимизации задержки и потерь данных при передаче голоса. Это позволит разработать эффективную
систему связи для передачи голоса в условиях ограниченной пропускной способности, что является актуальной
задачей в области развития сетей связи для служб экстренной помощи и обеспечения связи в удаленных или
недоступных местах.
Теоретическая значимость. Исследование потенциала и эффективности технологии LoRa в передаче
голоса имеет высокую теоретическую значимость, поскольку оно позволяет оценить инновационный подход к
использованию LoRa для передачи аудиосигналов, а также определить эффективность использования спектра,
обеспечить надежность и минимальную задержку в передаче голоса, а также оценить экономическую
целесообразность этого подхода. Это исследование может способствовать расширению области применения
технологии LoRa и развитию новых методов связи, особенно в удалённых и труднодоступных местах.
Практическая значимость. Исследование практически значимо, поскольку может определить
возможности использования технологии LoRa для передачи голоса, что потенциально расширит область
применения LoRa и предложит экономически эффективное решение для коммуникации в удалённых и
труднодоступных местах.

4.

Рисунок 1 – Структурная схема беспроводной системы приема-передачи LoRa

5.

Рисунок 2 – схема подключения

6.

Рисунок 3– Алгоритм передачи пакетов
Рисунок 4 – Алгоритм приема пакетов

7.

Рисунок 5 – Формат пакета данных для передачи через радиоканал

8.

Рисунок 6 – Параметры настройки модуля SX1276

9.

Заключение
В результате исследования был разработан прототип системы для передачи голоса по каналу LoRa.
Прототип был разработан с учетом необходимости обеспечения эффективной передачи голоса на
большие расстояния при ограниченной пропускной способности канала связи.
Для оптимальной передачи голоса был выбран вокодер TWELP (TwinVQ Excitation Linear
Prediction), известный своим высоким качеством звука, эффективностью передачи данных и низким
битрейтом. Преимущества данного вокодера включают в себя высокую степень сжатия аудиоданных,
минимальные задержки при передаче и отличное качество звука, что делает его идеальным выбором для
передачи голоса через канал LoRa.
Была разработана программа и протокол передачи голоса, учитывающие оптимальный размер
пакета данных, возможность шифрования с применением AES256 и работу в условиях ограниченной
пропускной способности канала связи. Эти меры обеспечивают надежную передачу голоса даже при
ограниченных ресурсах канала связи.
В целом, результаты исследования позволяют сделать вывод о возможности эффективной передачи
голоса через канал связи LoRa с использованием разработанного прототипа и выбранного вокодера
TWELP, что открывает новые перспективы для применения данной технологии в области беспроводных
коммуникаций.