LoRa基础知识
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什么是LoRa
LoRa是美国SEMTECH公司基于频谱扩散的一种——CSS（Chirp Spread Spectrum）开发的无线调制方式。
什么是LPWAN
LPWA是Low Power Wide Area的缩写，又称LPWAN（Low Power Wide Area Network），是一种以低消耗电力、广域和远距离通信为特点的无线通信技术。虽然通信数据量少且比Wi-Fi等更慢，但可以进行超过10km的无线通信。在工厂、物流、农业、住宅和生活基础设施等的智能化过程中使用了IoT（Internet of Things）和M2M（Machine to Machine），这要求进行少量数据的远距离通信，因此，LPWA作为其基础——无线通信技术而受到了关注。
什么是 ISM 频段？
目前，LoRa 主要运行在 ISM 频段，包括 433/470/868/915MHz 等。
ISM（Industrial Scientific Medical Band）频段，就是工业、科学及医疗频段。世界各国为了让一些工业、科学及医疗领域的公共设备不用专门申请频段，就设置了一些无需授权即可使用的频段，就是 ISM 频段，也就是我们常说的免费频段。像 Wi-Fi、蓝牙、LoRa、ZigBee 等用的都是 ISM 频段。
LoRa网关的容量
网关容量是指在一定时间内网关接收数据包数量的能力。理论上来说，单个SX1301芯片拥有8个信道，在完全符合LoRaWAN协议的情况下最多每天能接收1500万个数据包。如果某应用发包频率为1包/小时，单个SX1301芯片构成的网关能接入62500个终端节点。当然，这只是一个理论值，网关接入终端数量最终还是与网关信道数量、终端发包频率、发包字节数和扩频因子息息相关。
对于有8个信道的网关来说，在没有LBT(发包前监听信道)的前提下，具体的计算公式为：
信道容量（即节点数量）
T代表发送间隔，跟封包长度、速率有关系
1/2e 是基本Aloha算法最大吞吐量，e是常数，等于2.718
t0代表单包的ToA（Time on Air）
假如使用SX1301芯片，在没有LBT(发包前监听信道)的情况下，并且平均每个包空中飞行时间t0=100ms（因此t0=0.1s），平均每个包一分钟发一次（因此T=60s），那么可以容纳多少这样的平均节点呢？
因此，可以容纳 883个节点。
如果前提条件修改成每个节点都带有LBT功能，采用时隙Aloha算法而不是之前的基本Aloha算法来评估，则由于算法不同，导致最大吞吐量不同，此时最大吞吐量是1/e，因此信道容量（即节点数量）S=8T/et0 ，从而 ，则理论容量增加一倍，即883*2=1766个节点。
什么是ADR
ADR（Adaptive DataRate，速率自适应），根据Nodes和Gateway的距离：越近，Nodes将采用高速率；越远，Nodes将采用低速率。
ADR技术能带来3大好处：
（1）更高的速率：近距离Nodes采用高速率，大大缩短空中时间。
（2）更低的能耗：高速率Nodes，将会更多地休眠，电池寿命也就更长。
（3）轻松扩容 ：增加Gateway 将会提速Nodes，显著提升网络带宽。
LoRaWAN终端节点
LoRaWAN 规范定义了 Class A/B/C 三类终端节点，这三类终端节点基本覆盖了物联网所有的应用场景，如下表所示：
| Class | 介绍 | 下行时机 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| A ('all') | Class A 的终端节点采用 Aloha 协议按需上报数据。在每次上行后都会紧跟两个短暂的下行接收窗口，以此实现双向传输。这种操作是最省电的。 | 必须等待终端节点上报数据后才能对其下发数据。 | 垃圾桶监测、烟雾报警器、气体监测等 |
| B ('beacon') | Class B 的终端节点，除了 Class A 的随机接收窗口，还会在指定时间打开接收窗口。为了让终端节点可以在指定时间打开接收窗口，终端节点需要从网关接收时间同步的信标。 | 在终端节点固定接收窗口即可对其下发数据，下发的延时有所提高。 | 阀控水气电表等 |
| C ('continuous') | Class C 的终端节点基本是一直打开着接收窗口，只在发送时短暂关闭。Class C 的终端节点会比 Class A 和 Class B 更加耗电。 | 由于终端节点处于持续接收状态，可在任意时间对终端节点下发数据。 | 路灯控制等 |
LoRaWAN 相关术语
| 术语 | 含义 |
|---|---|
| DevEUI | 终端设备 ID，一个类似 IEEE EUI64 的全球唯一 ID，用于标识唯一的终端节点 |
| JoinEUI | 应用唯一标识 ID，一个类似 IEEE EUI64 的全球唯一 ID，用于标识终端节点的应用提供者，JoinEUI 存储在终端节点中 |
| AppKey | 应用密钥，由应用程序拥有者分配给终端节点，用来产生会话密钥 NwkSKey 和 AppSKey |
| DevAddr | 32 位终端设备地址，OTAA 机制终端节点入网时由网络服务器分配地址，ABP 机制 DevAddr 存储在终端节点中 |
| NwkSKey | 网络层会话密钥，用于加密和校验网络层数据，ABP 机制 NwkSKey 存储在终端节点中 |
| AppSKey | 应用层会话密钥，用于加密和校验应用层数据，ABP 机制 AppSKey 存储在终端节点中 |
| NetId | 24 位网络 ID，用于区分同一物理空间中的不同 LoRaWAN 网络，OTAA 机制才有意义 |
LoRa在中国的可用频段
频段范围
中国地区有2个频段可用：CN779～CN787、CN470～CN510。
CN779～CN787
该频段有一个硬伤：它的最大发射功率仅10mW（10dBm），这对于实际应用是十分有限的。
CN470～CN510
这是中国无委会规定的民用抄表频段，属于ISM免费频段。
信道范围
总共96个上行信道，其中6～38和45～77由中国国家电网保留使用，因此这两个频段不能自由使用。
| 信道 | 0 ~ 5 | 6 ~ 38 | 39 ~ 44 | 45 ~ 77 | 78 ~ 95 |
| MHz | 470.3 ~ 471.3 | - | 478.1 ~ 479.1 | - | 485.9 ~ 489.3 |
| 可用 | Yes | - | Yes | - | Yes |
总共48个下行信道。
| 信道 | 0 | ... | i | ... | 47 |
| MHz | 500.3 | ... | 500.3 + i x 0.2 | ... | 509.7 |
因此可用频段如下表
| 通道 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| CN470_0_7 | uplink | 470.3 | 470.5 | 470.7 | 470.9 | 471.1 | 471.3 | 471.5 | 471.7 |
| downlink | 500.3 | 500.5 | 500.7 | 500.9 | 501.1 | 501.3 | 501.5 | 501.7 | |
| CN470_8_15 | uplink | 471.9 | 472.1 | 472.3 | 472.5 | 472.7 | 472.9 | 473.1 | 473.3 |
| downlink | 501.9 | 502.1 | 502.3 | 502.5 | 502.7 | 502.9 | 503.1 | 503.3 | |
| CN470_16_23 | uplink | 473.5 | 473.7 | 473.9 | 474.1 | 474.3 | 474.5 | 474.7 | 474.9 |
| downlink | 503.5 | 503.7 | 503.9 | 504.1 | 504.3 | 504.5 | 504.7 | 504.9 | |
| CN470_24_31 | uplink | 475.1 | 475.3 | 475.5 | 475.7 | 475.9 | 476.1 | 476.3 | 476.5 |
| downlink | 505.1 | 505.3 | 505.5 | 505.7 | 505.9 | 506.1 | 506.3 | 506.5 | |
| CN470_32_39 | uplink | 476.7 | 476.9 | 477.1 | 477.3 | 477.5 | 477.7 | 477.9 | 478.1 |
| downlink | 506.7 | 506.9 | 507.1 | 507.3 | 507.5 | 507.7 | 507.9 | 508.1 | |
| CN470_40_47 | uplink | 478.3 | 478.5 | 478.7 | 478.9 | 479.1 | 479.3 | 479.5 | 479.7 |
| downlink | 508.3 | 508.5 | 508.7 | 508.9 | 509.1 | 509.3 | 509.5 | 509.7 | |
| CN470_48_55 | uplink | 479.9 | 480.1 | 480.3 | 480.5 | 480.7 | 480.9 | 481.1 | 481.3 |
| downlink | 500.3 | 500.5 | 500.7 | 500.9 | 501.1 | 501.3 | 501.5 | 501.7 | |
| CN470_56_63 | uplink | 481.5 | 481.7 | 481.9 | 482.1 | 482.3 | 482.5 | 482.7 | 482.9 |
| downlink | 501.9 | 502.1 | 502.3 | 502.5 | 502.7 | 502.9 | 503.1 | 503.3 | |
| CN470_64_71 | uplink | 483.1 | 483.3 | 483.5 | 483.7 | 483.9 | 484.1 | 484.3 | 484.5 |
| downlink | 503.5 | 503.7 | 503.9 | 504.1 | 504.3 | 504.5 | 504.7 | 504.9 | |
| CN470_72_79 | uplink | 484.7 | 484.9 | 485.1 | 485.3 | 485.5 | 485.7 | 485.9 | 486.1 |
| downlink | 505.1 | 505.3 | 505.5 | 505.7 | 505.9 | 506.1 | 506.3 | 506.5 | |
| CN470_80_87 | uplink | 486.3 | 486.5 | 486.7 | 486.9 | 487.1 | 487.3 | 487.5 | 487.7 |
| downlink | 506.7 | 506.9 | 507.1 | 507.3 | 507.5 | 507.7 | 507.9 | 508.1 | |
| CN470_88_95 | uplink | 487.9 | 488.1 | 488.3 | 488.5 | 488.7 | 488.9 | 489.1 | 489.3 |
| downlink | 508.3 | 508.5 | 508.7 | 508.9 | 509.1 | 509.3 | 509.5 | 509.7 |
LoRa符合中国工信部公告52号的所有要求
2019年11月28日，工信部发布了《中华人民共和国工业和信息化部公告2019年第52号》（以下简称“52号公告”）（参考资料1），该公告进一步规范微功率短距离无线电发射设备（以下简称“微功率设备”）的管理。
限在建筑楼宇、住宅小区及村庄等小范围内组网应用；
任意时刻限单个信道发射；
民用计量设备应具有防干扰功能；
避免干扰当地的广播电台和电视台；
符合发射功率限值和发射功率频谱密度限值；
单次发射持续时间不超过1秒；
占用带宽不大于500kHz。
LoRa和LoRaWAN的关系
LoRaWAN指的是MAC层的组网协议。LoRa是一个物理层的协议。虽然现有的LoRaWAN组网基本上都使用LoRa作为物理层，但是LoRaWAN的协议也列出了在某些频段也可以使用GFSK作为物理层。从网络分层的角度来讲，LoRaWAN可以使用任何物理层的协议，LoRa也可以作为其他组网技术的物理层。事实上有几种与LoRaWAN竞争的技术在物理层也采用了LoRa。
LoRa 是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa 主要在全球免费频段运行，包括433/868/915MHz等。
LoRa网络主要由终端（可内置LoRa模块）、网关（或称基站）、Server和云四部分组成。应用数据可双向传输。派洛德的具备构架LoRa网络的能力，LoRa模块，网关，云平台都已经成熟。
LoRaWAN是非蜂窝LPWA的标准名称，同时也指LoRaWAN网络的通信协议（通信中的约定）。 在LoRaWAN中，终端设备没有IP，而是使用MAC（设备ID）连接到网关并进行无线通信。
最后编辑：SteveChen 更新时间：2025-01-16 00:28
