loRa簡介

物聯(lián)網(wǎng)應用中的無線技術有多種，可組成局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。組成局域網(wǎng)的無線技術主要有2.4GHz的WiFi，藍牙、Zigbee等，組成廣域網(wǎng)的無線技術主要有2G/3G/4G等。這些無線技術，優(yōu)缺點非常明顯，可如下圖總結(jié)。在低功耗廣域網(wǎng)（Low Power Wide Area Network, LPWAN）產(chǎn)生之前，似乎遠距離和低功耗兩者之間只能二選一。當采用LPWAN技術之后，設計人員可做到兩者都兼顧，程度地實現(xiàn)更長距離通信與更低功耗，同時還可節(jié)省額外的中繼器成本。 

LoRa 是LPWAN通信技術中的一種，是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案。這一方案改變了以往關于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，為用戶提供一種簡單的能實現(xiàn)遠距離、長電池壽命、大容量的系統(tǒng)，進而擴展傳感網(wǎng)絡。目前，LoRa 主要在全球免費頻段運行，包括433、868、915 MHz等。LoRa技術具有遠距離、低功耗（電池壽命長）、多節(jié)點、低成本的特性。

LoRa網(wǎng)絡構成

LoRa網(wǎng)絡主要由終端（可內(nèi)置LoRa模塊）、網(wǎng)關（或稱基站）、Server和云四部分組成。應用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。
 

LoRa聯(lián)盟LoRa聯(lián)盟是2015年3月Semtech牽頭成立的一個開放的、非盈利的組織，發(fā)起成員還有法國Actility，中國AUGTEK和荷蘭皇家電信kpn等企業(yè)。不到一年時間，聯(lián)盟已經(jīng)發(fā)展成員公司150余家，其中不乏IBM、思科、法國Orange等重量級產(chǎn)商。產(chǎn)業(yè)鏈（終端硬件產(chǎn)商、芯片產(chǎn)商、模塊網(wǎng)關產(chǎn)商、軟件廠商、系統(tǒng)集成商、網(wǎng)絡運營商）中的每一環(huán)均有大量的企業(yè)，這種技術的開放性，競爭與合作的充分性都促使了LoRa的快速發(fā)展與生態(tài)繁盛。

LoRaWAN協(xié)議

LoRaWAN是 LoRa聯(lián)盟推出的一個基于開源的MAC層協(xié)議的低功耗廣域網(wǎng)（Low Power Wide Area Network, LPWAN）標準。這一技術可以為電池供電的無線設備提供局域、全國或全球的網(wǎng)絡。LoRaWAN瞄準的是物聯(lián)網(wǎng)中的一些核心需求，如安全雙向通訊、移動通訊和靜態(tài)位置識別等服務。該技術無需本地復雜配置，就可以讓智能設備間實現(xiàn)無縫對接互操作，給物聯(lián)網(wǎng)領域的用戶、開發(fā)者和企業(yè)自由操作權限。  

LoRaWAN網(wǎng)絡架構是一個典型的星形拓撲結(jié)構，在這個網(wǎng)絡架構中，LoRa網(wǎng)關是一個透明傳輸?shù)闹欣^，連接終端設備和后端中央服務器。網(wǎng)關與服務器間通過標準IP連接，終端設備采用單跳與一個或多個網(wǎng)關通信。所有的節(jié)點與網(wǎng)關間均是雙向通信，同時也支持云端升級等操作以減少云端通訊時間。

終端與網(wǎng)關之間的通信是在不同頻率和數(shù)據(jù)傳輸速率基礎上完成的，數(shù)據(jù)速率的選擇需要在傳輸距離和消息時延之間權衡。由于采用了擴頻技術，不同傳輸速率的通信不會互相干擾，且還會創(chuàng)建一組“虛擬化”的頻段來增加網(wǎng)關容量。LoRaWAN的數(shù)據(jù)傳輸速率范圍為0.3 kbps至37.5 kbps，為了化終端設備電池的壽命和整個網(wǎng)絡容量，LoRaWAN網(wǎng)絡服務器通過一種速率自適應（Adaptive Data Rate , ADR）方案來控制數(shù)據(jù)傳輸速率和每一終端設備的射頻輸出功率。 全國性覆蓋的廣域網(wǎng)絡瞄準的是諸如關鍵性基礎設施建設、機密的個人數(shù)據(jù)傳輸或社會公共服務等物聯(lián)網(wǎng)應用。 關于安全通信，LoRaWAN一般采用多層加密的方式來解決：一、獨特的網(wǎng)絡密鑰（EU164），保證網(wǎng)絡層安全；二、獨特的應用密鑰（EU164），保證應用層終端到終端之間的安全；三、屬于設備的特別密鑰（EUI128）。 LoRaWAN網(wǎng)絡根據(jù)實際應用的不同，把終端設備劃分成A/B/C三類：Class A：雙向通信終端設備。這一類的終端設備允許雙向通信，每一個終端設備上行傳輸會伴隨著兩個下行接收窗口。終端設備的傳輸槽是基于其自身通信需求，其微調(diào)是基于一個隨機的時間基準（ALOHA協(xié)議）。Class  A所屬的終端設備在應用時功耗最低，終端發(fā)送一個上行傳輸信號后，服務器能很迅速地進行下行通信，任何時候，服務器的下行通信都只能在上行通信之后。