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LoRa无线扩频通信技术

时间：2019-01-16

     一、LoRa 技术介绍

  LoRa是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，其实也是是诸多LPWAN通信技术中的一种，最早由美国Semtech公司采用和推广。这一方案为用户提供一种简单的能实现远距离、低功耗无线通信手段。目前，LoRa 主要在ISM频段运行，主要包括433、868、915 MHz等。


  LoRa是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统的无线系统使用频移键控(FSK)调制作为物理层，因为它是一种实现低功耗的非常有效的调 制。LoRa是基于线性调频扩频调制，它保持了像FSK调制相同的低功耗特性，但明显地增加了通信距离。线性扩频已在军事和空间通信领域使用了数十年， 由于其可以实现长通信距离和干扰的鲁棒性，但是LoRa®是第一个用于商业用途的低成本实现。

  LoRa的优势在于技术方面的长距离能力。单个网关或基站可以覆盖整个城市或数百平方公里范围。在一个给定的位置，距离在很大程度上取决于环境或障碍物，但LoRa和LoRaWAN有一个链路预算优于其他任何标准化的通信技术。链路预算，通常用分贝(dB为单位)表示，是在给定的环境中决定距离的 主要因素。

  二、LoRaWAN 协议介绍

  LoRaWAN是 LoRa联盟发布的一个基于开源MAC层协议的低功耗广域网通信协议。主要为电池供电的无线设备提供局域、全国或全球的网络通信协议。

  LoRaWAN?定义了网络的通讯协议和系统架构，而LoRa®物理层能够使长距离通讯链路成为可能。 LoRaWAN自下而上设计，为电池寿命、容量、距离和成本而优化了LPWAN(低功耗广域网)。对于不同地区给出了一个LoRaWAN?规范概要，以及在LPWAN空间竞争的不同技术的高级比较。

  LoRaWAN网络拓扑

  LoRaWAN 网络是一个典型的Mesh网络拓扑结构，在这个网络架构中，LoRa网关负责数据汇总，连接终端设备和后端云端数据服务器。网关与服务器间TCP/IP网 络进行连接。所有的节点与网关间均是双向通信，考虑到电池供电的场合，终端节点一般是休眠，当有数据要发送时，唤醒，然后进行数据发送。

  因此，使用LoRa技术，我们能够以低发射功率获得更远的传输距离。这种低功耗广域技术正是大规模部署无线传感器网络所必须的。


  网络架构

  在网状网络中，个别终端节点转发其他节点的信息，以增加网络的通信距离和网络区域规模大小。虽然这增加了范围，但也增加了复杂性，降低了网络容量，并降低 了电池寿命，因节点接受和转发来自其他节点的可能与其不相关的信息。当实现长距离连接时，长距离星型架构最有意义的是保护了电池寿命。


  在LoRaWAN网络中，节点与专用网关不相关联。相反，一个节点传输的数据通常是由多个网关收到。每个网关将从终端节点接所接受到的数据包通过一些回 程 (蜂窝、 以太网等)转发到基于云计算的网络服务器。智能化和复杂性放到了服务器上，服务器管理网络和过滤冗余的接受到的数据，执行安全检查，通过最优的网关进行调 度确认，并执行自适应数据速率等。

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