LoRa網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分類
LoRa網(wǎng)絡(luò)是一種非授權(quán)頻譜的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)(LPWAN，Low Power Wide Area Network)技術(shù)。與Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee等現(xiàn)有的其他無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比，LPWAN技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、低功耗、低成本、廣覆蓋、易部署等優(yōu)點(diǎn)。
LoRa網(wǎng)絡(luò)芯片由來(lái)
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(zhǎng)距低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)（LoRa，Long Range）的芯片。
LoRa網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)
（1）網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定。該芯片接收靈敏度可達(dá)-148dBm,與業(yè)界其他先進(jìn)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(hào)電池可供設(shè)備工作10年以上；
（3）網(wǎng)絡(luò)傳輸性能好。LoRa使用線性調(diào)頻擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，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(guò)擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)增加通信距離，提高了網(wǎng)絡(luò)的抗干擾和通訊能力。
（4）覆蓋范圍廣，容量高。支持通過(guò)網(wǎng)關(guān)/集中器來(lái)處理多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，通訊距離可達(dá)15km以上（與環(huán)境相關(guān)）；
（5）易部署，成本低。LoRa網(wǎng)絡(luò)工作在非授權(quán)頻段，字運(yùn)營(yíng)和部署上，終端模塊成本約為5美元。
<以數(shù)字信號(hào)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(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(yīng)用>
LoRa網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)對(duì)比

LoRa網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
LoRa網(wǎng)絡(luò)一般使用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，終端節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)可直接進(jìn)行信息交互，不需要通過(guò)其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息傳遞，有效減少了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性和能量損耗。
LoRa網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由終端節(jié)點(diǎn)（內(nèi)置LoRa模塊）、網(wǎng)關(guān)（或集中器）、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器四部分組成。
（1）終端節(jié)點(diǎn)（含傳感器）：包括物理層、MAC層和應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)，使用
LoRa線性擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)遠(yuǎn)距離傳輸。
（2）網(wǎng)關(guān)/集中器：完成空中接口物理層的處理。網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)接收終端節(jié)點(diǎn)的上行鏈路數(shù)據(jù)，多每個(gè)節(jié)點(diǎn)建立單獨(dú)的連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，支持多路數(shù)據(jù)
并發(fā)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)發(fā)。終端設(shè)備支持單跳或多跳模式，實(shí)現(xiàn)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。
（3）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器：負(fù)責(zé)進(jìn)行MAC層處理，包括消除重復(fù)的數(shù)據(jù)包、自適應(yīng)速率選擇、網(wǎng)關(guān)管理和選擇、進(jìn)程確認(rèn)、安全管理等。
（4）應(yīng)用服務(wù)器：從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器獲取應(yīng)用數(shù)據(jù)，管理數(shù)據(jù)負(fù)載的安全性，分析及利用傳感器數(shù)據(jù)，進(jìn)行應(yīng)用狀態(tài)展示、即時(shí)警告等。

LoRa終端節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)
LoRa終端節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)，可采用遵循LoRaWAN協(xié)議規(guī)范的方式，也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用來(lái)自行實(shí)現(xiàn)。如果采用LoRaWAN協(xié)議規(guī)范方式，則LoRa終端節(jié)點(diǎn)可支持三種工作模式。Class A、Class B、Class C，在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，只能使用一種模式工作，每種模式可通過(guò)軟件功能進(jìn)行設(shè)定。
Class A模式：終端節(jié)點(diǎn)提供雙向通訊功能，節(jié)點(diǎn)支持主動(dòng)上報(bào)數(shù)據(jù)的功能，但不會(huì)主動(dòng)開(kāi)放接收下行數(shù)據(jù)的鏈路。終端節(jié)點(diǎn)在上行鏈路傳輸時(shí)，會(huì)跟隨兩次下行鏈路接收的時(shí)間窗口，只在這個(gè)時(shí)隙里，用于獲取服務(wù)器下發(fā)的下行信息，該傳輸時(shí)隙時(shí)間由終端設(shè)備進(jìn)行調(diào)度，該模式是最省電的。
Class B模式：支持下行時(shí)隙調(diào)度的雙向終端設(shè)備。B類終端兼容A類終端，支持接收下行信號(hào)，來(lái)保持網(wǎng)絡(luò)的同步，當(dāng)接收到下行信號(hào)后，開(kāi)啟下行調(diào)度時(shí)間，在該時(shí)間段內(nèi)，進(jìn)行信息監(jiān)聽(tīng)，獲取來(lái)自服務(wù)器的下行信息內(nèi)容，因此功耗會(huì)大于A類終端。
Class C模式：C類終端只在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，停止接收下行數(shù)據(jù)的時(shí)間窗口，其余時(shí)間均可實(shí)現(xiàn)對(duì)下行數(shù)據(jù)的接收，使用與大量下行數(shù)據(jù)的應(yīng)用。C類相比A、B類最耗點(diǎn)，但對(duì)于服務(wù)器下行業(yè)務(wù)，延時(shí)最小。

LoRa網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率（ADR）策略
LoRa網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率（ADR，Adaptive Data Rate）是一種改變實(shí)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(luò)性能和終端節(jié)點(diǎn)容量規(guī)模的策略。例如，靠近于網(wǎng)關(guān)的終端節(jié)點(diǎn)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(shí)間，又可以有效降低功耗。只有在鏈路預(yù)算非常邊緣的節(jié)點(diǎn)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(yīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的變化，支持變化的路徑損耗。為使終端設(shè)備的電池壽命和總體網(wǎng)絡(luò)容量達(dá)到最大化，LoRa 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器）通過(guò) ADR實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)速率和輸出功率進(jìn)行管理。

在LoRa網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用條件容許的情況下，建議都對(duì)終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行ADR功能實(shí)現(xiàn)，其中，其中數(shù)據(jù)速率的預(yù)定策略表由終端節(jié)點(diǎn)針對(duì)不同應(yīng)用環(huán)境而制定，具體可通過(guò)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(shè)置上行功能，再次發(fā)送上行；
第三層，上行不通時(shí)，切換到（預(yù)定策略表）更低速率進(jìn)行發(fā)送；
第四層，最低速率無(wú)法發(fā)送是，認(rèn)為無(wú)法與網(wǎng)關(guān)建立連接。

LoRa網(wǎng)絡(luò)消息安全加密機(jī)制
終端節(jié)點(diǎn)一般在與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行信息交互之前進(jìn)行加密操作，主要是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)接入平臺(tái)獲取秘鑰信息。終端節(jié)點(diǎn)接入時(shí)需要的安全信息主要包括：終端設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)（DevUUID）、應(yīng)用標(biāo)識(shí)（AppEUUID）和AES-128應(yīng)用秘鑰（AppKey）。
DevUUID是全球終端設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)，可以采用32位或64位十六進(jìn)制數(shù)字標(biāo)識(shí)，也可以符合IEEE EUI64標(biāo)準(zhǔn)。
AppEUI存儲(chǔ)在終端設(shè)備中的全球位移應(yīng)用ID，用于識(shí)別終端設(shè)備的應(yīng)用程序提供商。
秘鑰（AppKey）是定義于終端的AES-128應(yīng)用秘鑰，由應(yīng)用程序分配給終端設(shè)備，從應(yīng)用獨(dú)立的根秘鑰中推演出來(lái)，根秘鑰由應(yīng)用程序管理者進(jìn)行控制。
當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)接入LoRa網(wǎng)絡(luò)時(shí)，一般需要經(jīng)過(guò)會(huì)話加密與應(yīng)用加密。其中會(huì)話加密通過(guò)使用基于AES128算法的秘鑰進(jìn)行加密，主要是對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行加密，使用會(huì)話秘鑰（NwkSkey）確保網(wǎng)絡(luò)MAC層通信的安全。應(yīng)用加密通過(guò)應(yīng)用秘鑰（AppSKey）對(duì)數(shù)據(jù)幀內(nèi)容進(jìn)行加密，確保應(yīng)用的端到端的安全。

LoRa網(wǎng)絡(luò)消息安全加密流程一般包括：
（1）使用NwkSKey或者AppSkey秘鑰對(duì)MAC負(fù)載幀（FRMPayload）加密，其中加密可使用AES加密方法，秘鑰長(zhǎng)度為128位。在對(duì)MAC幀加密過(guò)程中，通過(guò)幀頭FPort進(jìn)行區(qū)分，當(dāng)FPort=0時(shí)，表示當(dāng)前MAC幀負(fù)載只包含命令，不包含具體的數(shù)據(jù)內(nèi)容，此時(shí)可以通過(guò)會(huì)話秘鑰（NwkSKey）進(jìn)行加密，當(dāng)FPort≠0時(shí)，表明當(dāng)前MAC幀負(fù)載包含數(shù)據(jù)，此時(shí)FPort的值表述幀負(fù)載數(shù)據(jù)的大小，使用應(yīng)用密碼（AppSKey）進(jìn)行加密；
（2）采用AES簽名算法對(duì)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(lái)生成，該算法加密階段只使用網(wǎng)絡(luò)會(huì)話秘鑰（NwkSkey）即可。

LoRa網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景分析
根據(jù)LoRa技術(shù)的關(guān)鍵特點(diǎn)可知，LoRa非常適用于要求具備功耗低、距離遠(yuǎn)、容量大以及可定位跟蹤等特點(diǎn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(yīng)用和領(lǐng)域。

總結(jié)

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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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