LoRaWAN网络结构

LoRa是专门设计用于物联网无线传输的流行技术之一,LoRa网络规范有LoRa物理层技术(非开放技术由semtech提供)和LoRAWAN(MAC多媒体接入层)开放层协议。

协议层次

LoRa整个网络协议层次如下,Application为应用层,常见的LoRaWAN协议即为LoRaMAC协议,协议定义的终端类型有ClassA、ClassB、ClassC三种类型,其主要差别ClassA上行触发下行接收窗口,只有在上行发送了数据的情形下才能打开下行接收窗口;ClassB定义ping周期,周期性进行下行数据监测;ClassC尽可能多地监测下行接收,基本只有在上行发送时刻停止下行接收;协议要求每个终端必须支持ClassA,而B、C为可选功能,同时在支持ClassC功能的终端上无需支持classB类型。LoRa的物理层未开放,借助一些资料可以大致理解下其物理层技术;LoRa的设计使用ISM(Industrial Scientific Medical),亦即非授权免费频段。

网络结构

LoRa整体网络结构分为终端、网关、网络服务、应用服务几个功能,一般LoRa终端和网关之间可以同过LoRa无线技术进行数据传输,而网关和核心网或广域网之间的交互可以通过TCP/IP协议,当然可以是有线连接的以太网,亦可以为3G/4G类的无线连接。为了保证数据的安全性、可靠性,LoRaWAN采用了长度为128比特的对称加密算法AES进行完整性保护和数据加密。

星型拓扑结构

LoRaWAN中Server模块可以细分为Join server、Application server和Network Server,只是按照功能来划分,实际中可以是一个物理整体。Join Server用于终端设备的请求网络服务能力时的激活流程,Netwrok Server负责和网关及终端的MAC数据交互,Application Server为应用层服务端。规范提供的参考网络模型如下

at home景

roaming场景

与NB-IoT效果对比

主要类比下类型功能实现,来方便理解,不对性能等做比较。ClassA只有上行发送了之后,下行才能发送数据,类比于NB-IoT模块处于PSM(Power Saving Mode)模式下时,只有终端上行发送了数据,网络才能下发数据给终端,此种场景下需要网络具有缓存数据能力;ClassB模式下,有点类似NB-IoT的DRX、eDRX模式,NB模块的eDRX最大可以配置到2.9小时,而LoRa的接收周期最大128s;ClassC类型终端除了上行发送时间外可以一直接收,更接近于NB-IoT的连接态。

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