LoRaWAN网络架构及三种工作模式

LoRaWAN（Long Range Wide Area Network，长距离广域网）是由LoRa联盟推出的一种低功耗广域网标准，它定义了网络的通讯协议和系统架构。LoRaWAN技术为电池供电的无线设备提供了局域、全国乃至全球的网络连接。

LoRaWAN的主要特点包括：

长距离通信：相对于Wi-Fi、蓝牙和Zigbee等无线技术，LoRaWAN技术实现了更远距离的覆盖。在建筑密集的城市环境，覆盖范围约为2公里；而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10公里。

低功耗：使用电池供电的LoRa终端，电池使用寿命可达10年，有效降低了用户的使用成本。

免授权频段：LoRaWAN使用免费的ISM频段，如433MHz、470MHz等，使用成本低。

大容量：一个LoRa网关可以连接成千上万个LoRa终端。

灵活的网络架构：LoRaWAN网络架构是一个典型的星形拓扑结构，其中LoRa网关是一个透明传输的中继，连接终端设备和后端中央服务器。这种架构使得智能设备间可以实现无缝对接和互操作，为物联网领域的用户、开发者和企业提供了更多的操作空间。

LoRaWAN网络架构

LoRaWAN网络架构是一个典型的星形拓扑结构，在这个网络架构中，LoRa DTU网关是一个透明的中继，连接终端设备和服务器。网关与服务器通过标准IP连接，而终端设备采用单跳与一个或多个网关通信，所有的节点均是双向通信。

LoRa DTU网关和LoRa模块间以星形网方式组网，而LoRa模块间理论上可以点对点轮询的方式组网，但是点对点轮询效率要远远低于星形网。网关可以实现多通道并行接收，同时处理多路信号，这大大增加了网络容量。采用LoRa也可以实现测距和定位。LPWAN的电池使用寿命较长，对于那些需要发送少量数据的传感器和应用而言是真正做到了低功耗。

Lora定位和测距

LoRa测量距离是根据传输信号的空中传输时间而不是接收信号强度RSSI值，定位则可根据多点（网关）对一点（终端）的空中传输时间差的测量。其定位精度可达5m。

LoRa的频段选择

按理论来说，可以使用150 MHz 到 1 GHz频段中的任何频率。但是Semtech的LoRa芯片并不是所有的sub-GHz的频段都可以使用，在常用频段（如433MHz，470MHz~510MHz，780MHz以及欧美常用的868MHz和915MHz都属于常用频段）以外的一些频率并不能很好的支持。

lorawan协议的三种工作模式

LoRaWAN协议定义了三种工作模式，分别是Class A、Class B和Class C。这些模式决定了终端如何与服务器进行通信，以及终端的接收窗口何时打开以接收来自服务器的数据。

Class A（省电模式）：这是最基本的工作模式，所有LoRaWAN终端都必须支持。在Class A模式下，终端首先向服务器发送数据。当数据发送完成后，终端会打开两个短暂的接收窗口，用于接收服务器下发的数据。如果在这两个窗口内没有接收到数据，终端将不会再次打开接收窗口，直到下一次上行传输。这种模式非常省电，因为它要求终端在发送数据后的很短时间内接收服务器的下行数据。

Class B（约定模式）：在Class B模式下，终端和服务器可以约定数据接收窗口的开放时间。除了Class A的随机接收窗口，Class B设备还会在指定的时间打开额外的接收窗口。为了让终端知道何时打开这些窗口，终端需要从网关接收时间同步的信标（Beacon）。这使得服务器可以知道终端正在监听，并可以在约定的时间发送数据。

Class C（极速模式）：在Class C模式下，终端的接收窗口几乎一直处于打开状态，只在发送数据时短暂关闭。这种模式使得服务器可以几乎随时向终端发送数据，因此从服务器到终端的时延非常低。然而，由于接收窗口长时间打开，Class C模式的终端比Class A和Class B更加耗电。

这三种工作模式可以根据应用的具体需求进行选择，以在满足功耗和数据传输需求之间找到平衡。

审核编辑：黄飞