LoRa網絡技術分類
LoRa網絡是一種非授權頻譜的低功耗廣域網技術(LPWAN，Low Power Wide Area Network)技術。與Wi-Fi、藍牙、ZigBee等現有的其他無線物聯網技術相比，LPWAN技術具有遠距離、低功耗、低成本、廣覆蓋、易部署等優點。
LoRa網絡芯片由來
2013年8月，Semtech公司發布了一種新型的基于1GHz以下頻譜的超長距低功耗數據傳輸技術（LoRa，Long Range）的芯片。
LoRa網絡技術特點
（1）網絡連接穩定。該芯片接收靈敏度可達-148dBm,與業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。理論上一節五號電池可供設備工作10年以上；
（3）網絡傳輸性能好。LoRa使用線性調頻擴頻調制技術，既可以保持頻移鍵控調制（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，提高了網絡的抗干擾和通訊能力。
（4）覆蓋范圍廣，容量高。支持通過網關/集中器來處理多個節點的數據，通訊距離可達15km以上（與環境相關）；
（5）易部署，成本低。LoRa網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。
<以數字信號控制載波頻率變化的調制方式，稱為頻移鍵控(FSK)。根據已調波的相位連續與否，頻移鍵控分為兩類：相位不連續的頻移鍵控和相位連續的頻移鍵控。頻移鍵控（Frequency-shift keying）是信息傳輸中使用得較早的一種調制方式,它的主要優點是：實現起來較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數據傳輸中得到了廣泛的應用>
LoRa網絡與其他網絡對比

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

LoRa終端節點的實現
LoRa終端節點的實現，可采用遵循LoRaWAN協議規范的方式，也可以根據實際應用來自行實現。如果采用LoRaWAN協議規范方式，則LoRa終端節點可支持三種工作模式。Class A、Class B、Class C，在一個時間段內，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：終端節點提供雙向通訊功能，節點支持主動上報數據的功能，但不會主動開放接收下行數據的鏈路。終端節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的下行信息，該傳輸時隙時間由終端設備進行調度，該模式是最省電的。
Class B模式：支持下行時隙調度的雙向終端設備。B類終端兼容A類終端，支持接收下行信號，來保持網絡的同步，當接收到下行信號后，開啟下行調度時間，在該時間段內，進行信息監聽，獲取來自服務器的下行信息內容，因此功耗會大于A類終端。
Class C模式：C類終端只在發送數據時，停止接收下行數據的時間窗口，其余時間均可實現對下行數據的接收，使用與大量下行數據的應用。C類相比A、B類最耗點，但對于服務器下行業務，延時最小。

LoRa網絡自適應數據速率（ADR）策略
LoRa網絡中的自適應數據速率（ADR，Adaptive Data Rate）是一種改變實際的數據速率以確保可靠的數據包傳送，優化網絡性能和終端節點容量規模的策略。例如，靠近于網關的終端節點使用較高的數據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點才使用最低的數據速率和最大的輸出功率。ADR策略可適應網絡基礎設施的變化，支持變化的路徑損耗。為使終端設備的電池壽命和總體網絡容量達到最大化，LoRa 網絡基礎設施（網關、網絡服務器）通過 ADR實現對每個終端節點的數據速率和輸出功率進行管理。

在LoRa網絡應用條件容許的情況下，建議都對終端節點進行ADR功能實現，其中，其中數據速率的預定策略表由終端節點針對不同應用環境而制定，具體可通過軟件程序實現。


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

LoRa網絡消息安全加密機制
終端節點一般在與網絡服務器進行信息交互之前進行加密操作，主要是通過物聯網接入平臺獲取秘鑰信息。終端節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。
當終端節點接入LoRa網絡時，一般需要經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，主要是對發送的數據幀格式進行加密，使用會話秘鑰（NwkSkey）確保網絡MAC層通信的安全。應用加密通過應用秘鑰（AppSKey）對數據幀內容進行加密，確保應用的端到端的安全。

LoRa網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，不包含具體的數據內容，此時可以通過會話秘鑰（NwkSKey）進行加密，當FPort≠0時，表明當前MAC幀負載包含數據，此時FPort的值表述幀負載數據的大小，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絡會話秘鑰（NwkSkey）即可。

LoRa網絡應用場景分析
根據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網應用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農業、智慧工業、智慧城市、智
慧社區等應用和領域。

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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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