LoRa的网络架构

物联网(Internet of Things,IoT)被认为是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮，也被称作第四次科技革命[1]。目前大多数物联网的互联仍在依靠互联网和移动互联网，物联网专用网络协议缺失，这在一定程度上制约了物联网的大规模普及。由此低功耗广域网(LowPower Wide-Area Network,LPWAN)应运而生。与传统物联网通信技术相比，LPWAN技术具有广覆盖、远距离、海量连接、低功耗、低成本等技术优势，成为当下物联网领域研究和应用开发的新热点[2]。在LPWAN众多技术中，最具竞争力的技术有LoRa和NB-IoT[3~5]。其中LoRa技术是LPWAN技术中发展较早、技术较为成熟，而且具备完善的产业链。

　　
　　LoRaWAN定义通信协议和系统体系结构，而LoRa定义物理层。
　　
　　这是LoRaWAN节点的典型系统架构。
　　
　　LoRa网络架构
　　
　　大多数现代物联网局域网技术都使用网状网络架构。通过使用网状网络，系统可以增加网络的通信范围和小区大小。但是，网状网络中的节点还具有将消息到其他节点(通常与它们无关)的额外责任。这会严重影响设备的电池寿命。
　　
　　LoRaWAN使用星形拓扑，因为当使用远程连接时，它可以延长电池寿命。
　　
　　LoRa网络由几个元素组成。
　　
　　LoRa节点/端点： LoRa端点是进行传感和控制的传感器或应用程序。这些节点通常位于远程位置。示例，传感器，跟踪设备等
　　
　　LoRa网关：与移动设备与服务基站相关联的蜂窝通信不同，LoRaWAN节点中的LoRaWAN节点与特定网关相关联。取而代之的是，节点发送的任何数据都将发送到所有网关，并且每个接收到信号的网关都会将其发送到基于云的网络服务器。
　　
　　通常，网关和网络服务器通过某些回程(蜂窝，Wi-Fi，以太网或卫星)连接。
　　
　　网络服务器：网络服务器具有所有智能。它过滤来自不同网关的重复数据包，进行安全检查，并将ACK发送到网关。最后，如果数据包用于应用程序服务器，则网络服务器将数据包发送到特定的应用程序服务器。
　　
　　使用所有网关都可以将相同的数据包发送到网络服务器的这种类型的网络，无需进行切换或切换。这对于资产从一个位置移动到另一位置的资产跟踪应用程序很有用。
　　
　　LoRa设备类别
　　
　　与其他网络一样，终端设备根据设备类别可以具有不同的功能，而LoRaWAN网络中的终端节点可以具有不同的设备类别。
　　
　　每种设备类别都是网络下行链路通信等待时间与电池寿命之间的折衷方案。
　　
　　A级：最适合电池电量传感器
　　
　　● 最具能源效率，并且可以具有多年的电池寿命
　　
　　● LoRaWAN网络中的所有设备均支持此设备类
　　
　　● 下行链路仅在传感器传输某些内容后可用
　　
　　B级：带有时间表的终端设备接收插槽
　　
　　● 在计划时间打开额外的接收插槽。
　　
　　● 从网关接收时间同步的信标
　　
　　C级：具有最大接收插槽的终端设备
　　
　　● 连续打开接收窗口
　　
　　● RX仅在设备传输时关闭