LoRa应用中的常见网络有哪些方式有什么特点

LoRa应用中的组网方式有很多种，很多供应商根据需求开发了相应的协议（网络层和应用层）。 根据是否支持协议，可以分为协议网络和私有协议网络两类。 它是LoRa联盟推动的统一协议，也是联盟成员达成共识并一致推动的LoRa协议。

在中国的LoRa生态系统中，大量用户使用私有协议，而在欧美等发达国家的LoRa市场，绝大多数使用协议。 这与LoRa推广初期不同地区的国情有关。 LoRa技术诞生于欧洲。 当市场认识到LoRa技术的优势时，发现LPWAN将是一个非常大的市场，这也是LoRa技术推动LPWAN应用的绝佳机会。 此时最兴奋的莫过于欧洲电信运营商，他们共同成立了LoRa联盟，正在朝着物联网运营商全覆盖的目标而努力。 因此，LoRa联盟成立初期，实施的策略是运营商先建设网络，逐步增加应用和服务。 这和国内电信运营商先大量投资建设基站和蜂窝网络，然后逐步增加手机客户是一个道理。 。 因此，LoRa联盟制定的标准是针对电信运营商的物联网架构的，标准和定义都是在这个环境下完成的。 当时虽然有少数国内厂商加入该联盟，但影响力不足。 当技术来到中国后，我们发现中国的市场情况有所不同。 中国大型电信运营商仅有3家。 由于政策限制，他们一直走3GPP路线。 国内运营商还没有愿意按照4G、5G模式部署网络。 虽然该公司与其中一些公司有很多合作，但都是项目和应用上的合作，并没有像欧洲运营商那样进行全国性的网络部署。

欧洲电信运营商的LoRa战略在中国失败了。 此时国内涌现出很多行业公司，都对LoRa技术青睐有加，因为他们发现LoRa调制有很多优势，可以解决原有无线技术无法实现的功能和应用。 这些公司已将 LoRa 技术集成到他们的系统中。 他们纯粹将LoRa技术作为一种“进一步”的无线通信技术来替代原来的FSK技术。 尤其是过去的无线抄表行业，由于FSK技术的灵敏度限制，其项目抄表效率较差，成功率低，维护成本高。 这些无线抄表公司的开发者充分发挥LoRa的技术优势，开发出了更好更强的产品，形成了一股浪潮。 笔者采访了业内多家公司的创始人。 当他们看到LoRa是一项好技术时，他们都辞去了工作，进入了LoRa领域。 因此，中国早期的LoRa市场是一个无线技术升级换代的过程，而抄表需求正是这波浪潮的顶峰，这也是该公司LoRa芯片仍然保留FSK调制的原因。 为了方便、快速推出LoRa产品，国内这些公司在计量、停车等应用上都保持了原有的网络结构甚至系统架构。 他们只是用LoRa来替代原有的通信芯片，只升级物理层。 由于这些原有的应用还没有统一的行业协议标准，国内大部分LoRa应用仍然是私有协议。 随后，大家逐渐发现了使用统一协议的好处，越来越多的人加入到产品的开发中。 随着其推广和协议更新，其市场影响力不断扩大和上升。

LoRa私有协议对应的网络结构也不同。 大致可分为以下几类：

点对点拓扑；

星型拓扑（运营商的蜂窝网络也属于星型拓扑）；

树形拓扑；

网状拓扑；

混合拓扑。

其中，树形拓扑、网状拓扑、混合拓扑都属于网状拓扑。

1. 点对点LoRa网络

点对点（P2P）通信方式是无线通信中新兴技术之一，如图5-1所示，如早期的无线门铃、无线交换机、无线对讲机等。当LoRa技术应用于点对点通信，指定主机和从机即可，不需要划分网关和节点。 一般是主机主动发起命令和任务，从机响应； 主机和从机可以互换。 LoRa的节点芯片支持半双工通信，可以很好地支持此类应用。

图5-1 点对点网络拓扑

LoRa点对点通信的优点是架构简单。 特别是对于初学者来说，学习方法是采用点对点通信，调整扩频因子、带宽等参数，观察灵敏度和信噪比的变化。 在实际的LoRa应用中，点对点的通信并不多。 主要原因是市场应用正在升级。 随着智能家居的发展，原来的按钮门铃等应用可以通过网关连接起来，成为星型网络结构； 很多对讲机原来的点对点网络也变成了广播Mesh网络结构，部分对讲机应用还增加了Mesh结构。 P2P 网络的真正形式是当您只有一对 LoRa 收发器时。

LoRa对讲机主要应用于P2P网络，具有距离远、抗干扰、功耗低等优点。 很多大尺寸的非标商用对讲机，如5W、10W输出功率，现在已经被小功率LoRa对讲机所取代。 LoRa对讲机的功耗仅为原来的十分之一，通信距离更远，信号抗干扰性也更强。 从整体成本分析，原来对讲机的大电池和大功率发射器的成本大于LoRa通信模块的成本。

除了对讲之外，另一个常用的LoRa点对点应用是测距。 芯片的测距是通过两点之间的通信来实现的。

点对点网络作为通信网络的基本拓扑，为复杂的网络拓扑提供系统验证和维护测试支持。

2、星型拓扑网络

星型拓扑网络是一种常见的拓扑网络结构。 例如，Wi-Fi就是最典型的星型结构。 如图5-2所示，星型结构的中心是网关，其他连接是节点（也称为终端节点、终端设备或传感器）。 网关与各个节点进行通信。 LoRa常见的应用方式也是使用这种网络，这也是LoRa被称为“长Wi-Fi”的原因之一。 其组网方式与Wi-Fi类似。

图5-2 星型网络拓扑

采用星型结构的LoRa私有协议网络一般不使用系列网关芯片，而是使用节点芯片作为网关。 网关芯片虽然具有良好的上行能力，但灵活性较差，需要配合网络服务器才能工作。 一般来说，小型应用的上行数据量比较少，节点芯片足以完成数据接收。 使用节点芯片开发的网关虽然通道数较少（与网关相比）且扩频因子固定，但相对于原有的FSK技术有显着的改进。 在下行控制应用中，网关和单通道网关的功能是相同的，网关的总体成本比单通道网关大很多。 大量小型物联网应用基于成本效益考虑，最终选择基于芯片的网关。

针对不同的应用，星型网络的LoRa网关的配置和使用方式也不同。 由于使用节点芯片，网关的接收只能是固定频率、扩频因子、带宽的参数组合。 针对多路信道和下行控制，衍生出了多种不同的网关形式和网络应用形式。