LoRaWAN網絡架構及三種工作模式

LoRaWAN（Long Range Wide Area Network，長距離廣域網）是由LoRa聯盟推出的一種低功耗廣域網標準，它定義了網絡的通訊協議和系統架構。LoRaWAN技術為電池供電的無線設備提供了局域、全國乃至全球的網絡連接。

LoRaWAN的主要特點包括：

長距離通信：相對于Wi-Fi、藍牙和Zigbee等無線技術，LoRaWAN技術實現了更遠距離的覆蓋。在建筑密集的城市環境，覆蓋范圍約為2公里；而在密度較低的郊區，覆蓋范圍可達10公里。

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

免授權頻段：LoRaWAN使用免費的ISM頻段，如433MHz、470MHz等，使用成本低。

大容量：一個LoRa網關可以連接成千上萬個LoRa終端。

靈活的網絡架構：LoRaWAN網絡架構是一個典型的星形拓撲結構，其中LoRa網關是一個透明傳輸的中繼，連接終端設備和后端中央服務器。這種架構使得智能設備間可以實現無縫對接和互操作，為物聯網領域的用戶、開發者和企業提供了更多的操作空間。

LoRaWAN網絡架構

LoRaWAN網絡架構是一個典型的星形拓撲結構，在這個網絡架構中，LoRa DTU網關是一個透明的中繼，連接終端設備和服務器。網關與服務器通過標準IP連接，而終端設備采用單跳與一個或多個網關通信，所有的節點均是雙向通信。

LoRa DTU網關和LoRa模塊間以星形網方式組網，而LoRa模塊間理論上可以點對點輪詢的方式組網，但是點對點輪詢效率要遠遠低于星形網。網關可以實現多通道并行接收，同時處理多路信號，這大大增加了網絡容量。采用LoRa也可以實現測距和定位。LPWAN的電池使用壽命較長，對于那些需要發送少量數據的傳感器和應用而言是真正做到了低功耗。

Lora定位和測距

LoRa測量距離是根據傳輸信號的空中傳輸時間而不是接收信號強度RSSI值，定位則可根據多點（網關）對一點（終端）的空中傳輸時間差的測量。其定位精度可達5m。

LoRa的頻段選擇

按理論來說，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協議的三種工作模式

LoRaWAN協議定義了三種工作模式，分別是Class A、Class B和Class C。這些模式決定了終端如何與服務器進行通信，以及終端的接收窗口何時打開以接收來自服務器的數據。

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，終端首先向服務器發送數據。當數據發送完成后，終端會打開兩個短暫的接收窗口，用于接收服務器下發的數據。如果在這兩個窗口內沒有接收到數據，終端將不會再次打開接收窗口，直到下一次上行傳輸。這種模式非常省電，因為它要求終端在發送數據后的很短時間內接收服務器的下行數據。

Class B（約定模式）：在Class B模式下，終端和服務器可以約定數據接收窗口的開放時間。除了Class A的隨機接收窗口，Class B設備還會在指定的時間打開額外的接收窗口。為了讓終端知道何時打開這些窗口，終端需要從網關接收時間同步的信標（Beacon）。這使得服務器可以知道終端正在監聽，并可以在約定的時間發送數據。

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狀態，只在發送數據時短暫關閉。這種模式使得服務器可以幾乎隨時向終端發送數據，因此從服務器到終端的時延非常低。然而，由于接收窗口長時間打開，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應用的具體需求進行選擇，以在滿足功耗和數據傳輸需求之間找到平衡。

審核編輯：黃飛