通信是任何物联网项目中最重要的部分之一。事物与其他“事物”（设备云/服务器）进行通信的能力使“事物”有权将“互联网”附加到其名称上。尽管存在大量的通信协议，但它们各自缺少一件事或另一件事，这使它们“并不完全适合”物联网应用。主要问题是功耗，范围/覆盖范围和带宽。
Zigbee，BLE，WiFi等大多数通信无线电都是近距离的，而3G和LTE等大多数通信无线电却很耗电，并且无法保证其覆盖范围的跨度，尤其是在发展中国家。尽管这些协议和通信模式适用于某些项目，但它带来了广泛的局限性，例如：在没有蜂窝网络（GPRS，EDGE，3G，LTE / 4G）覆盖的区域中部署IoT解决方案存在困难，并且设备的电池寿命显着减少。因此，在展望物联网的未来以及位于各种地方的各种“物”的连接时，需要一种专门针对物联网量身定制的通信介质，以支持其特别低功耗，长距离传输的要求。 ，便宜，安全且易于部署。这就是LoRa进来的地方。
LoRa（代表远程通信）是一项获得专利的无线通信技术，将超低功耗与有效的远程通信相结合。虽然范围高度依赖于环境和可能的障碍物（LOS或N-LOS），但LoRa通常的范围在13-15Km之间，这意味着单个LoRa网关可以覆盖整个城市，甚至可以覆盖整个城市。国家。该技术由法国的Cycleo开发，并在2012年被Semtech收购时脱颖而出。我们将LoRa模块与Arduino和Raspberry Pi一起使用，并且按预期工作。
LoRa的特点
LoRa无线电具有一些功能，可帮助其实现远程有效功率和低成本。其中一些功能包括：
- 调制技术
- 频率
- 自适应数据速率
- 自适应功率电平
调制
Lora无线电使用线性调频扩频调制技术来实现很高的通信范围，同时保持与基于FSK调制物理层的无线电类似的低功率特性。在军事和太空通信中应用线性调频扩频调制已经有一段时间了，LoRa提出了调制技术的第一个低成本商业应用。
频率
尽管LoRa技术与频率无关，但是LoRa无线电之间的通信是通过使用世界各地可用的未许可Sub-GHz无线电频带进行的。这些频率因地区而异，并且在国家之间通常也有所不同。例如，欧洲通常将868MHz用于LoRa通信，而北美则使用915MHz。不管频率如何，都可以使用LoRa，而技术上没有任何重大变化。
不同国家/地区的LoRa频段
使用比基于2.4或5.8 GHz ISM频段的WiFi之类的通信模块低的频率可以实现更大的覆盖范围，尤其是在NLOS情况下。
重要的是要注意，在某些国家中，使用未许可频段之前仍需要许可。
自适应数据速率
LoRa使用可变带宽和扩频因子（SF7-SF12）的组合来根据传输范围来权衡数据速率。较高的扩频因子允许以较低的数据速率为代价的更大范围，反之亦然。可以根据链路条件和要传输的数据级别选择带宽和扩展因子的组合。因此，较高的扩展因子可改善给定带宽的传输性能和灵敏度，但由于数据速率较低，因此也会增加传输时间。这些范围从18bps到40Kbps不等
自适应功率电平
LoRa无线电使用的功率电平是自适应的。它取决于诸如数据速率和链接条件之类的因素。当需要快速传输时，传输的功率被推到接近最大值，反之亦然。因此，可以最大限度地延长电池寿命并保持网络容量。功耗还取决于其他几个因素中的设备类别。
广域网
LoRaWAN是一种大容量，远程，开放式，低功耗的广域网（LPWAN）标准，由LoRa联盟针对LoRa支持的IoT解决方案而设计。它是一种双向协议，它充分利用了LoRa技术的所有功能来提供服务，包括可靠的消息传递，端到端安全性，位置和多播功能。该标准确保了全球各种LoRaWAN网络的互操作性。
人们尝试定义LoRa和LoRaWAN时通常会混淆，这可能最好通过检查OSI参考堆栈模型来解决。
简而言之，基于OSI堆栈模型，LoRaWAN对应于通信网络的媒体访问协议，而LoRa对应于物理层。因此，LoRaWAN定义了网络的通信协议和系统体系结构，而LoRa体系结构则实现了远程通信链接。它们两者合并在一起以提供确定节点电池寿命，网络容量，服务质量，安全性和网络所服务的其他应用程序的功能。尽管LoRaWAN是LoRa最受欢迎的MAC层，但也存在其他也基于LoRa技术构建的专有层。一个很好的例子是Link Labs专门为工业应用开发的Symphony link。
LoRaWAN网络架构
与大多数网络采用的网状网络拓扑结构相反，LoRaWAN使用星型网络架构，因此，不是使每个终端设备都处于几乎始终处于开启状态，而是重复从其他设备进行传输以扩大范围，从而扩大了LoRaWAN网络中的终端设备直接与网关通信，并且仅在需要与网关通信时才打开，因为范围不是问题。这是LoRa终端设备获得的低功耗功能和高电池寿命的一个重要因素
LoRa网络架构包括四个主要部分；
1.终端设备
2.网关
3.网络服务器
4.应用服务器
1.终端设备
这些是网络边缘的传感器或执行器。终端设备服务于不同的应用程序，并具有不同的要求。为了优化各种最终应用程序配置文件，LoRaWAN™利用了三种不同的设备类别，可以将最终设备配置为这些类别。这些类的功能是在下行链路通信延迟和设备电池寿命之间进行权衡。三个主要类别是：
1.双向终端设备（A类）
2.具有预定接收插槽的双向终端设备（B类）
3.具有最大接收插槽的双向终端设备（C类）
一世。A类终端设备
这些设备仅需要在上行链路之后立即从服务器进行下行链路通信。例如，它们是需要在上行链路之后从服务器接收消息传递确认的设备。对于此类设备，它们必须等到将上行链路发送到服务器后才能接收任何下行链路。结果，通信保持在最低限度，因此它们具有最低的功率运行和最长的电池寿命。A类设备的一个很好的例子是基于LoRa的智能电表
ii。B类终端设备
除了在发送上行链路时收到的下行链路（A类+预定的额外下行链路）之外，还按计划的间隔为这些设备分配了额外的下行链路窗口。此下行链路的调度性质确保了操作仍处于低功率状态，因为通信仅在调度的时间间隔内处于活动状态，但是在调度的下行链路期间消耗的额外功率使功耗超过了A类设备，因此它们的电池电量较低与A类终端设备相比寿命更长。
iii。C类终端设备
这些类型的设备对下行链路没有限制。它们被设计为几乎始终开放来自服务器的通信。它们比其他类别消耗更多的电量，并且电池寿命最短。C类设备的好例子是车队管理或实际交通监控中使用的终端设备。
2.网关
网关（也称为集中器）是通过标准IP连接连接到网络服务器的设备，该标准IP连接使用单跳无线通信协议在中央网络服务器后端和终端设备之间中继消息。它们旨在支持双向通信，并配备了组播功能，使该软件能够发送大量分发消息，例如空中更新。
每个LoRa网关的核心是一个多通道LoRa解调器，它能够并行解码几个频率上的所有LoRa调制变量。
对于大型网络运营商来说，关键的区别因素应该是无线电性能（灵敏度，发送功率），SX1301芯片与网关MCU（USB至SPI或SPI至SPI）的连接以及PPS的支持和分配信号的可用性允许在网络中整个网关上进行精确的时间同步
LoRa可跨多个频率通道和数据速率在终端设备和网关之间传播通信。扩频技术使用范围从0.3 kbps到50 kbps的数据速率来防止通信相互干扰，并创建了一组“虚拟”通道来增加网关的容量。
为了最大限度地提高终端设备的电池寿命和整个网络容量，LoRa网络服务器通过自适应数据速率（ADR）方案分别管理每个终端设备的数据速率和RF输出。
3.网络服务器
Lora网络服务器是应用程序服务器和网关之间的接口。它会将命令从应用程序服务器中继到网关，同时将数据从网关传递到应用程序服务器。它执行的功能包括确保没有重复的数据包，安排确认以及使用自适应数据速率（ADR）方案分别管理每个终端设备的数据速率和RF输出。
4.应用服务器
应用服务器确定来自终端设备的数据用于什么。数据可视化等可能在这里完成。
LoRaWAN安全和隐私
在任何物联网解决方案中，安全性和隐私的重要性都不能过分强调。LoRaWAN协议指定加密以确保您的数据安全，具体而言
*每设备AES128密钥
*即时再生/撤销设备密钥
*每数据包有效负载加密可保护数据隐私
*防止重放攻击
*防止中间人攻击
LoRa使用两个密钥；网络会话和应用程序会话密钥都为网络管理和应用程序通信提供了分开的加密通信。
设备和网络之间共享的网络会话密钥负责对端节点数据的身份验证，而应用程序和端节点之间共享的应用会话密钥则负责保证设备数据的私密性。
LoRAWAN的主要功能
*> 160 dB的链路预算
* +20 dBm TX功率
*出色的IIP3
*与FSK相比提高了10dB的选择性
*容忍信道内突发干扰
*最低RX电流-10mA
*最低的睡眠电流
*超快速唤醒（睡眠到RX / TX）
LoRa的优势
以下是与LoRa相关的一些优势；
1.远距离和覆盖范围： LOS距离长达15 km，无法与任何其他通信协议进行比较。
2.低功率： LoRa提供超低功率无线电，使其非常适合需要使用10年或10年以上的设备