【技术分享】浅谈LoRa网络结构

【技术分享】浅谈LoRa网络结构
LoRa组网结构

LoRa的最大特点是创建长距离通讯连接的物理层或无线调制， 它基于CSS调制技术（Chirp Spread Spectrum）。相较于传统的ASK、FSK等调制技术，LoRa能极大地增加通讯范围，且CSS具有传输距离远、抗干扰性强等特点。
LoRa和LoRaWAN相比于其他标准通讯技术有着更好的链路预算，单个网关或者基站可以覆盖整座很大范围，同时也取决于所使用位置的环境和干扰情况。
LoRa是专门设计用于物联网无线传输的流行技术之一，LoRa网络规范有LoRa物理层技术和LoRAWAN开放层协议。

协议层次

LoRa整个网络协议层次如下：
Application，MAC，Modulation，其中Application为应用层，用户自定义的基于LoRaWAN技术的应用程序、软件接口等
常见的LoRaWAN协议即为LoRaMAC协议，协议定义的终端类型有ClassA、ClassB、ClassC三种类型。
ClassA终端先发送，在发送后开启一段时间的接收窗口，终端只有在发送后才可以接收。也就是说上行没有限制，下行的数据只有在上行包发送上来的时候终端才可以接收到。ClassB :终端和服务器协商好接收的窗口开启的时间以及何时开启，然后再约定的时间进行接收，可以一次接收多个包。
ClassC：终端在发送以外的其他时间都开启接收窗口。更耗能，但通讯延时最低。
物理层：物理层主要负责物理信道承载、信号收发、调制解调，全球不同地区的工作频段不同，LoRa的设计使用ISM,亦即非授权免费频段。

网络结构

LoRa整体网络结构分为终端、网关、网络服务、应用服务几个功能，一般LoRa终端和网关之间可以同过LoRa无线技术进行数据传输，而网关和核心网或广域网之间的交互可以通过TCP/IP协议，当然可以是有线连接的以太网，亦可以为3G/4G类的无线连接。为了保证数据的安全性、可靠性，LoRaWAN采用了长度为128比特的对称加密算法AES进行完整性保护和数据加密。

星型拓扑结构

LoRaWAN中Server模块可以细分为Join server、Application server和Network Server，只是按照功能来划分，实际中可以是一个物理整体。Join Server用于终端设备的请求网络服务能力时的激活流程，Netwrok Server负责和网关及终端的MAC数据交互，Application Server为应用层服务端。规范提供的参考网络模型如下

roaming场景

与NB-IoT效果对比

LoRa工作在1GHz以下的非授权频段，故在应用时不需要额外付费。NB-IoT和蜂窝通信使用1GHz以下的授权频段。处于500MHz和1GHz之间的频段对于远距离通信是最优的选择，因为天线的实际尺寸和效率是具有相当优势的。LoRaWAN使用免费的非授权频段，并且是异步通信协议，对于电池供电和低成本是最佳的选择。LoRa 和 LoRaWAN 协议，在处理干扰、网络重叠、可伸缩性等方面具有独特的特性，但却不能提供像蜂窝协议一样的服务质量（QoS）。据悉授权的Sub-GHz频段的竞拍，每MHz价格不菲。蜂窝网络和NB-IoT出于对服务质量（QoS）的考虑，并不能提供类似LoRa一样的电池寿命。由于QoS和高昂的频段使用费，需要确保QoS的应用场景推荐使用蜂窝网络和NB-IoT，而低成本和大量连接是首选项，则LoRa是不错的选择。

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