随着城市化进程的推进,地下轨道交通网络成为城市交通枢纽的必要基础设施。地铁作为低碳便捷的运输工具,其运行的安全性是运输服务的基本要求,对地铁隧道环境监测具有重要的现实意义。目前对地铁隧道的监测主要是对局部重点区域进行监测,对隧道整体的长期监测比较少。其次,地铁隧道监测网络大都采用光纤有线网络搭建,虽然传输速度快,但是光纤网络极容易受到损坏,并且成本较高。因此本文把低功耗广域网中的LoRa技术运用于地铁隧道监测,研究面向地铁隧道监测网络的LoRa组网技术。首先针对地铁隧道封闭式、近线性的特殊无线传输环境,进行无线信道模型的搭建。从大尺度衰落和小尺度衰落两种无线衰落特性进行分析,分别采用波模理论和几何光学方法分析地铁隧道的大尺度衰落和小尺度衰落特性。主要分析隧道电磁波场强和路径损耗两个特性。电磁波场强分析中,以麦克斯韦方程组作为电磁波传输的理论基础,采用马卡梯里近似分析法处理边界问题,得到隧道各点场强分布。在路径损耗分析中,先分析极化波的衰减,考虑隧道壁粗糙对损耗的影响,通过波模理论推导出在矩形空直隧道内的总传播损耗。在分析小尺度衰落时,运用射线跟踪法建模信道,研究无线信道多径效应。在确定传播射线时采用了帐篷定律,计算得到多径路径长度、到达角度以及传输的损耗。最终得到地铁隧道无线信道理论模型。该部分研究对后续软件仿真中信道模块的设计提供了方法。进一步,本文采用软件仿真和硬件现场测试相结合的方法,研究地铁隧道监测网络的组网方案。针对数学理论建模和Matlab仿真无法真实反映LoRa协议运行流程的问题,采用了NS3离散事件仿真器进行仿真实验,按照LoRa WAN协议物理层和MAC特征以及协议通信流程,在NS3中设计并实现LoRa通信模块。其次,在协议标准的MAC层上加入表驱动路由方式,设计了Ad Hoc组网模块,可实现多跳网络的搭建。本文针对地铁隧道线性的无线传播链路,设计了基于集中式和多跳组网的5种组网方案。通过NS3软件仿真测试所设计组网方式的性能,仿真表明分组多跳组网的传输实时性和可靠性更高。此外采用基于SX1262的LoRa芯片硬件搭建多跳网络,验证了多跳网络的性能。