LoRa技術特點和系統架構組成

　　目前，基于LoRa技術的網絡層協議主要是LoRaWAN，也有少量的非LoRaWAN協議，但是通信系統網絡都是星狀網架構，以及在此基礎上的簡化和改進。主要包括以下3種。

　　(1)點對點通信。

　　一點對一點通信，多見于早期的LoRa技術，A點發起，B點接收，可以回復也可以不回復確認，多組之間的頻點建議分開，如圖1所示。單純利用LoRa調制靈敏度高的特性，目前主要針對特定應用和試驗性質的項目。優點在于最簡單，缺點在于不存在組網。

　　(2)星狀網輪詢。

　　一點對多點通信，N個從節點輪流與中心點通信，從節點上傳，等待中心點收到后返回確認，然后下一個節點再開始上傳，直到所有N個節點全部完成，一個循環周期結束，如圖2所示。該結構本質上還屬于點對點通信，但是加入了分時處理，N個從節點之間的頻點可以分開，也可重復使用。優勢在于單項目成本低，不足之處是僅適合從節點數量不大和網絡實時性要求不高的應用。

lora

　　(3)星狀網并發。

　　一點對多點通信，多個從節點可同時與中心點通信，從節點可隨機上報數據，節點可以根據外界環境和信道阻塞自動采取跳頻和速率自適應技術，邏輯上網關可以接收不同速率和不同頻點的信號組合，物理上網關可以同時接收8路、16路、32路甚至更多路數據，減少了大量節點上行時沖突的概率。該系統具有極大的延拓性，可單獨建網，可交叉組網，LoRa領域內目前主要指的是LoRaWAN技術。

　　2、lora系統組成

　　點對點通信和星狀網輪詢的系統組成比較簡單，兩端都是節點，分為主從。在主節點收到從節點上行數據后會發下行確認幀給從節點，然后從節點進入休眠，工作模式比較簡單。這里主要對LoRaWAN星狀網并發結構進行展開說明，LoRaWAN系統主要分為三部分：節點/終端、網關/基站，以及服務器。

　　節點/終端(Node)：LoRa節點，代表了海量的各類傳感應用，在LoRaWAN協議里被分為Class A、Class B和Class C三類不同的工作模式。Class A工作模式下節點主動上報，平時休眠，只有在固定的窗口期才能接收網關下行數據。Class A的優勢是功耗極低，比非LoRaWAN的LoRa節點功耗更低，比如針對水表應用的10年以上工作壽命通常就是基于Class A實現的。ClassB模式是固定周期時間同步，在固定周期內可以隨機確定窗口期接收網關下行數據，兼顧實時性和低功耗，特點是對時間同步要求很高。Class C模式是常發常收模式，節點不考慮功耗，隨時可以接收網關下行數據，實時性最好，適合不考慮功耗或需要大量下行數據控制的應用，比如智能電表或智能路燈控制。

　　網關/基站(Gateway)：網關是建設LoRaWAN網絡的關鍵設備，目的是緩解海量節點數據上報所引發的并發沖突。主要特點如下：1)兼容性強，所有符合LoRaWAN協議的應用都可以接入;2)接入靈活，單網關可接入幾十到幾萬個節點，節點隨機入網，數目可延拓;3)并發性強，網關最少可支持8頻點，同時隨機8路數據并發，頻點可擴展;4)可實現全雙工通信，上下行并發不沖突，實效性強;5)靈敏度高，同速率下比非LoRaWAN設備的靈敏度更高;6)網絡拓撲簡單，星狀網絡可靠性更高，功耗更低;7)網絡建設成本和運營成本很低。

　　服務器(Server)：負責LoRaWAN系統的管理和數據解析，主要的控制指令都由服務器端下達。根據不同的功能，分為：網絡服務器(Network Server)與網關通信實現LoRaWAN數據包的解析及下行數據打包，與應用服務器通信生成網絡地址和ID等密鑰;應用服務器(Application Server)負責負載數據的加密和解密，以及部分密鑰的生成;客戶服務器(Client Server)是用戶開發的基于B/S或C/S架構的服務器，主要處理具體的應用業務和數據呈現。

　　LoRaWAN系統的優勢包括：覆蓋范圍廣，節省網絡優化和施工成本，減少現場施工復雜度;服務器端鑒權可實現交叉覆蓋，減少覆蓋盲點;服務器端統籌管理，提高信道利用率，增加系統容量; 網關多路并發減少沖突，支持節點跳頻，增加系統容量;節點速率自適應(Adaptive Data Rate)降低功耗和并發沖突，增加容量;安全性高，兩級AES-128(Advanced Encryption Standard-128)數據加密;星狀網絡結構提高魯棒性;LoRaWAN協議標準化。