LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及三種工作模式

LoRaWAN（Long Range Wide Area Network，長(zhǎng)距離廣域網(wǎng)）是由LoRa聯(lián)盟推出的一種低功耗廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它定義了網(wǎng)絡(luò)的通訊協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)。LoRaWAN技術(shù)為電池供電的無(wú)線設(shè)備提供了局域、全國(guó)乃至全球的網(wǎng)絡(luò)連接。

LoRaWAN的主要特點(diǎn)包括：

長(zhǎng)距離通信：相對(duì)于Wi-Fi、藍(lán)牙和Zigbee等無(wú)線技術(shù)，LoRaWAN技術(shù)實(shí)現(xiàn)了更遠(yuǎn)距離的覆蓋。在建筑密集的城市環(huán)境，覆蓋范圍約為2公里；而在密度較低的郊區(qū)，覆蓋范圍可達(dá)10公里。

低功耗：使用電池供電的LoRa終端，電池使用壽命可達(dá)10年，有效降低了用戶的使用成本。

免授權(quán)頻段：LoRaWAN使用免費(fèi)的ISM頻段，如433MHz、470MHz等，使用成本低。

大容量：一個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)可以連接成千上萬(wàn)個(gè)LoRa終端。

靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個(gè)典型的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中LoRa網(wǎng)關(guān)是一個(gè)透明傳輸?shù)闹欣^，連接終端設(shè)備和后端中央服務(wù)器。這種架構(gòu)使得智能設(shè)備間可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接和互操作，為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的用戶、開(kāi)發(fā)者和企業(yè)提供了更多的操作空間。

LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個(gè)典型的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，LoRa DTU網(wǎng)關(guān)是一個(gè)透明的中繼，連接終端設(shè)備和服務(wù)器。網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)IP連接，而終端設(shè)備采用單跳與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)關(guān)通信，所有的節(jié)點(diǎn)均是雙向通信。

LoRa DTU網(wǎng)關(guān)和LoRa模塊間以星形網(wǎng)方式組網(wǎng)，而LoRa模塊間理論上可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輪詢的方式組網(wǎng)，但是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輪詢效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于星形網(wǎng)。網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)多通道并行接收，同時(shí)處理多路信號(hào)，這大大增加了網(wǎng)絡(luò)容量。采用LoRa也可以實(shí)現(xiàn)測(cè)距和定位。LPWAN的電池使用壽命較長(zhǎng)，對(duì)于那些需要發(fā)送少量數(shù)據(jù)的傳感器和應(yīng)用而言是真正做到了低功耗。

Lora定位和測(cè)距

LoRa測(cè)量距離是根據(jù)傳輸信號(hào)的空中傳輸時(shí)間而不是接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI值，定位則可根據(jù)多點(diǎn)（網(wǎng)關(guān)）對(duì)一點(diǎn)（終端）的空中傳輸時(shí)間差的測(cè)量。其定位精度可達(dá)5m。

LoRa的頻段選擇

按理論來(lái)說(shuō)，可以使用150 MHz 到 1 GHz頻段中的任何頻率。但是Semtech的LoRa芯片并不是所有的sub-GHz的頻段都可以使用，在常用頻段（如433MHz，470MHz~510MHz，780MHz以及歐美常用的868MHz和915MHz都屬于常用頻段）以外的一些頻率并不能很好的支持。

lorawan協(xié)議的三種工作模式

LoRaWAN協(xié)議定義了三種工作模式，分別是Class A、Class B和Class C。這些模式?jīng)Q定了終端如何與服務(wù)器進(jìn)行通信，以及終端的接收窗口何時(shí)打開(kāi)以接收來(lái)自服務(wù)器的數(shù)據(jù)。

Class A（省電模式）：這是最基本的工作模式，所有LoRaWAN終端都必須支持。在Class A模式下，終端首先向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，終端會(huì)打開(kāi)兩個(gè)短暫的接收窗口，用于接收服務(wù)器下發(fā)的數(shù)據(jù)。如果在這兩個(gè)窗口內(nèi)沒(méi)有接收到數(shù)據(jù)，終端將不會(huì)再次打開(kāi)接收窗口，直到下一次上行傳輸。這種模式非常省電，因?yàn)樗蠼K端在發(fā)送數(shù)據(jù)后的很短時(shí)間內(nèi)接收服務(wù)器的下行數(shù)據(jù)。

Class B（約定模式）：在Class B模式下，終端和服務(wù)器可以約定數(shù)據(jù)接收窗口的開(kāi)放時(shí)間。除了Class A的隨機(jī)接收窗口，Class B設(shè)備還會(huì)在指定的時(shí)間打開(kāi)額外的接收窗口。為了讓終端知道何時(shí)打開(kāi)這些窗口，終端需要從網(wǎng)關(guān)接收時(shí)間同步的信標(biāo)（Beacon）。這使得服務(wù)器可以知道終端正在監(jiān)聽(tīng)，并可以在約定的時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)。

Class C（極速模式）：在Class C模式下，終端的接收窗口幾乎一直處于打開(kāi)狀態(tài)，只在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)短暫關(guān)閉。這種模式使得服務(wù)器可以幾乎隨時(shí)向終端發(fā)送數(shù)據(jù)，因此從服務(wù)器到終端的時(shí)延非常低。然而，由于接收窗口長(zhǎng)時(shí)間打開(kāi)，Class C模式的終端比Class A和Class B更加耗電。

這三種工作模式可以根據(jù)應(yīng)用的具體需求進(jìn)行選擇，以在滿足功耗和數(shù)據(jù)傳輸需求之間找到平衡。

審核編輯：黃飛