LoRa網(wǎng)絡技術分類
LoRa網(wǎng)絡是一種非授權頻譜的低功耗廣域網(wǎng)技術(LPWAN，Low Power Wide Area Network)技術。與Wi-Fi、藍牙、ZigBee等現(xiàn)有的其他無線物聯(lián)網(wǎng)技術相比，LPWAN技術具有遠距離、低功耗、低成本、廣覆蓋、易部署等優(yōu)點。
LoRa網(wǎng)絡芯片由來
2013年8月，Semtech公司發(fā)布了一種新型的基于1GHz以下頻譜的超長距低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術（LoRa，Long Range）的芯片。
LoRa網(wǎng)絡技術特點
（1）網(wǎng)絡連接穩(wěn)定。該芯片接收靈敏度可達-148dBm,與業(yè)界其他先進水平的芯片相比，最高接收靈敏度改善了20dBm以上；
（2）功耗低。理論上一節(jié)五號電池可供設備工作10年以上；
（3）網(wǎng)絡傳輸性能好。LoRa使用線性調(diào)頻擴頻調(diào)制技術，既可以保持頻移鍵控調(diào)制（FSK,Frequency Shift Keying）低功耗的特性，又支持通過擴頻技術來增加通信距離，提高了網(wǎng)絡的抗干擾和通訊能力。
（4）覆蓋范圍廣，容量高。支持通過網(wǎng)關/集中器來處理多個節(jié)點的數(shù)據(jù)，通訊距離可達15km以上（與環(huán)境相關）；
（5）易部署，成本低。LoRa網(wǎng)絡工作在非授權頻段，字運營和部署上，終端模塊成本約為5美元。
<以數(shù)字信號控制載波頻率變化的調(diào)制方式，稱為頻移鍵控(FSK)。根據(jù)已調(diào)波的相位連續(xù)與否，頻移鍵控分為兩類：相位不連續(xù)的頻移鍵控和相位連續(xù)的頻移鍵控。頻移鍵控（Frequency-shift keying）是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式,它的主要優(yōu)點是：實現(xiàn)起來較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應用>
LoRa網(wǎng)絡與其他網(wǎng)絡對比

LoRa網(wǎng)絡架構
LoRa網(wǎng)絡一般使用星型拓撲結構，終端節(jié)點和網(wǎng)關可直接進行信息交互，不需要通過其他節(jié)點進行信息傳遞，有效減少了網(wǎng)絡復雜性和能量損耗。
LoRa網(wǎng)絡架構由終端節(jié)點（內(nèi)置LoRa模塊）、網(wǎng)關（或集中器）、網(wǎng)絡服務器和應用服務器四部分組成。
（1）終端節(jié)點（含傳感器）：包括物理層、MAC層和應用層的實現(xiàn)，使用
LoRa線性擴頻調(diào)制技術，實現(xiàn)點對點遠距離傳輸。
（2）網(wǎng)關/集中器：完成空中接口物理層的處理。網(wǎng)關負責接收終端節(jié)點的上行鏈路數(shù)據(jù)，多每個節(jié)點建立單獨的連接，進行數(shù)據(jù)獲取，支持多路數(shù)據(jù)
并發(fā)處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)發(fā)。終端設備支持單跳或多跳模式，實現(xiàn)與一個或多個網(wǎng)關通信，所有的節(jié)點均是雙向通信。
（3）網(wǎng)絡服務器：負責進行MAC層處理，包括消除重復的數(shù)據(jù)包、自適應速率選擇、網(wǎng)關管理和選擇、進程確認、安全管理等。
（4）應用服務器：從網(wǎng)絡服務器獲取應用數(shù)據(jù)，管理數(shù)據(jù)負載的安全性，分析及利用傳感器數(shù)據(jù)，進行應用狀態(tài)展示、即時警告等。

LoRa終端節(jié)點的實現(xiàn)
LoRa終端節(jié)點的實現(xiàn)，可采用遵循LoRaWAN協(xié)議規(guī)范的方式，也可以根據(jù)實際應用來自行實現(xiàn)。如果采用LoRaWAN協(xié)議規(guī)范方式，則LoRa終端節(jié)點可支持三種工作模式。Class A、Class B、Class C，在一個時間段內(nèi)，只能使用一種模式工作，每種模式可通過軟件功能進行設定。
Class A模式：終端節(jié)點提供雙向通訊功能，節(jié)點支持主動上報數(shù)據(jù)的功能，但不會主動開放接收下行數(shù)據(jù)的鏈路。終端節(jié)點在上行鏈路傳輸時，會跟隨兩次下行鏈路接收的時間窗口，只在這個時隙里，用于獲取服務器下發(fā)的下行信息，該傳輸時隙時間由終端設備進行調(diào)度，該模式是最省電的。
Class B模式：支持下行時隙調(diào)度的雙向終端設備。B類終端兼容A類終端，支持接收下行信號，來保持網(wǎng)絡的同步，當接收到下行信號后，開啟下行調(diào)度時間，在該時間段內(nèi)，進行信息監(jiān)聽，獲取來自服務器的下行信息內(nèi)容，因此功耗會大于A類終端。
Class C模式：C類終端只在發(fā)送數(shù)據(jù)時，停止接收下行數(shù)據(jù)的時間窗口，其余時間均可實現(xiàn)對下行數(shù)據(jù)的接收，使用與大量下行數(shù)據(jù)的應用。C類相比A、B類最耗點，但對于服務器下行業(yè)務，延時最小。

LoRa網(wǎng)絡自適應數(shù)據(jù)速率（ADR）策略
LoRa網(wǎng)絡中的自適應數(shù)據(jù)速率（ADR，Adaptive Data Rate）是一種改變實際的數(shù)據(jù)速率以確保可靠的數(shù)據(jù)包傳送，優(yōu)化網(wǎng)絡性能和終端節(jié)點容量規(guī)模的策略。例如，靠近于網(wǎng)關的終端節(jié)點使用較高的數(shù)據(jù)速率和較低的輸出功率，這樣既可縮短傳輸時間，又可以有效降低功耗。只有在鏈路預算非常邊緣的節(jié)點才使用最低的數(shù)據(jù)速率和最大的輸出功率。ADR策略可適應網(wǎng)絡基礎設施的變化，支持變化的路徑損耗。為使終端設備的電池壽命和總體網(wǎng)絡容量達到最大化，LoRa 網(wǎng)絡基礎設施（網(wǎng)關、網(wǎng)絡服務器）通過 ADR實現(xiàn)對每個終端節(jié)點的數(shù)據(jù)速率和輸出功率進行管理。

在LoRa網(wǎng)絡應用條件容許的情況下，建議都對終端節(jié)點進行ADR功能實現(xiàn)，其中，其中數(shù)據(jù)速率的預定策略表由終端節(jié)點針對不同應用環(huán)境而制定，具體可通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)。


第一層，上行發(fā)送消息不成功，多發(fā)幾次；
第二層，多發(fā)幾次之后仍不成功，重新設置上行功能，再次發(fā)送上行；
第三層，上行不通時，切換到（預定策略表）更低速率進行發(fā)送；
第四層，最低速率無法發(fā)送是，認為無法與網(wǎng)關建立連接。

LoRa網(wǎng)絡消息安全加密機制
終端節(jié)點一般在與網(wǎng)絡服務器進行信息交互之前進行加密操作，主要是通過物聯(lián)網(wǎng)接入平臺獲取秘鑰信息。終端節(jié)點接入時需要的安全信息主要包括：終端設備唯一標識（DevUUID）、應用標識（AppEUUID）和AES-128應用秘鑰（AppKey）。
DevUUID是全球終端設備唯一標識，可以采用32位或64位十六進制數(shù)字標識，也可以符合IEEE EUI64標準。
AppEUI存儲在終端設備中的全球位移應用ID，用于識別終端設備的應用程序提供商。
秘鑰（AppKey）是定義于終端的AES-128應用秘鑰，由應用程序分配給終端設備，從應用獨立的根秘鑰中推演出來，根秘鑰由應用程序管理者進行控制。
當終端節(jié)點接入LoRa網(wǎng)絡時，一般需要經(jīng)過會話加密與應用加密。其中會話加密通過使用基于AES128算法的秘鑰進行加密，主要是對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀格式進行加密，使用會話秘鑰（NwkSkey）確保網(wǎng)絡MAC層通信的安全。應用加密通過應用秘鑰（AppSKey）對數(shù)據(jù)幀內(nèi)容進行加密，確保應用的端到端的安全。

LoRa網(wǎng)絡消息安全加密流程一般包括：
（1）使用NwkSKey或者AppSkey秘鑰對MAC負載幀（FRMPayload）加密，其中加密可使用AES加密方法，秘鑰長度為128位。在對MAC幀加密過程中，通過幀頭FPort進行區(qū)分，當FPort=0時，表示當前MAC幀負載只包含命令，不包含具體的數(shù)據(jù)內(nèi)容，此時可以通過會話秘鑰（NwkSKey）進行加密，當FPort≠0時，表明當前MAC幀負載包含數(shù)據(jù)，此時FPort的值表述幀負載數(shù)據(jù)的大小，使用應用密碼（AppSKey）進行加密；
（2）采用AES簽名算法對加密后的MAC幀生成消息一致性碼（MIC）,加密算法可采用基于[RFC4493]：AES-CMAC Algorithm,June 2006的AES簽名算法CMAC來生成，該算法加密階段只使用網(wǎng)絡會話秘鑰（NwkSkey）即可。

LoRa網(wǎng)絡應用場景分析
根據(jù)LoRa技術的關鍵特點可知，LoRa非常適用于要求具備功耗低、距離遠、容量大以及可定位跟蹤等特點的物聯(lián)網(wǎng)應用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農(nóng)業(yè)、智慧工業(yè)、智慧城市、智
慧社區(qū)等應用和領域。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的LoRa无线网络技术概述的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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