LoRa网络技术分类
LoRa网络是一种非授权频谱的低功耗广域网技术(LPWAN，Low Power Wide Area Network)技术。与Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等现有的其他无线物联网技术相比，LPWAN技术具有远距离、低功耗、低成本、广覆盖、易部署等优点。
LoRa网络芯片由来
2013年8月，Semtech公司发布了一种新型的基于1GHz以下频谱的超长距低功耗数据传输技术（LoRa，Long Range）的芯片。
LoRa网络技术特点
（1）网络连接稳定。该芯片接收灵敏度可达-148dBm,与业界其他先进水平的芯片相比，最高接收灵敏度改善了20dBm以上；
（2）功耗低。理论上一节五号电池可供设备工作10年以上；
（3）网络传输性能好。LoRa使用线性调频扩频调制技术，既可以保持频移键控调制（FSK,Frequency Shift Keying）低功耗的特性，又支持通过扩频技术来增加通信距离，提高了网络的抗干扰和通讯能力。
（4）覆盖范围广，容量高。支持通过网关/集中器来处理多个节点的数据，通讯距离可达15km以上（与环境相关）；
（5）易部署，成本低。LoRa网络工作在非授权频段，字运营和部署上，终端模块成本约为5美元。
<以数字信号控制载波频率变化的调制方式，称为频移键控(FSK)。根据已调波的相位连续与否，频移键控分为两类：相位不连续的频移键控和相位连续的频移键控。频移键控（Frequency-shift keying）是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是：实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用>
LoRa网络与其他网络对比
LoRa网络架构
LoRa网络一般使用星型拓扑结构，终端节点和网关可直接进行信息交互，不需要通过其他节点进行信息传递，有效减少了网络复杂性和能量损耗。
LoRa网络架构由终端节点（内置LoRa模块）、网关（或集中器）、网络服务器和应用服务器四部分组成。
（1）终端节点（含传感器）：包括物理层、MAC层和应用层的实现，使用
LoRa线性扩频调制技术，实现点对点远距离传输。
（2）网关/集中器：完成空中接口物理层的处理。网关负责接收终端节点的上行链路数据，多每个节点建立单独的连接，进行数据获取，支持多路数据
并发处理，实现数据收集和转发。终端设备支持单跳或多跳模式，实现与一个或多个网关通信，所有的节点均是双向通信。
（3）网络服务器：负责进行MAC层处理，包括消除重复的数据包、自适应速率选择、网关管理和选择、进程确认、安全管理等。
（4）应用服务器：从网络服务器获取应用数据，管理数据负载的安全性，分析及利用传感器数据，进行应用状态展示、即时警告等。
LoRa终端节点的实现
LoRa终端节点的实现，可采用遵循LoRaWAN协议规范的方式，也可以根据实际应用来自行实现。如果采用LoRaWAN协议规范方式，则LoRa终端节点可支持三种工作模式。Class A、Class B、Class C，在一个时间段内，只能使用一种模式工作，每种模式可通过软件功能进行设定。
Class A模式：终端节点提供双向通讯功能，节点支持主动上报数据的功能，但不会主动开放接收下行数据的链路。终端节点在上行链路传输时，会跟随两次下行链路接收的时间窗口，只在这个时隙里，用于获取服务器下发的下行信息，该传输时隙时间由终端设备进行调度，该模式是最省电的。
Class B模式：支持下行时隙调度的双向终端设备。B类终端兼容A类终端，支持接收下行信号，来保持网络的同步，当接收到下行信号后，开启下行调度时间，在该时间段内，进行信息监听，获取来自服务器的下行信息内容，因此功耗会大于A类终端。
Class C模式：C类终端只在发送数据时，停止接收下行数据的时间窗口，其余时间均可实现对下行数据的接收，使用与大量下行数据的应用。C类相比A、B类最耗点，但对于服务器下行业务，延时最小。
LoRa网络自适应数据速率（ADR）策略
LoRa网络中的自适应数据速率（ADR，Adaptive Data Rate）是一种改变实际的数据速率以确保可靠的数据包传送，优化网络性能和终端节点容量规模的策略。例如，靠近于网关的终端节点使用较高的数据速率和较低的输出功率，这样既可缩短传输时间，又可以有效降低功耗。只有在链路预算非常边缘的节点才使用最低的数据速率和最大的输出功率。ADR策略可适应网络基础设施的变化，支持变化的路径损耗。为使终端设备的电池寿命和总体网络容量达到最大化，LoRa 网络基础设施（网关、网络服务器）通过 ADR实现对每个终端节点的数据速率和输出功率进行管理。
在LoRa网络应用条件容许的情况下，建议都对终端节点进行ADR功能实现，其中，其中数据速率的预定策略表由终端节点针对不同应用环境而制定，具体可通过软件程序实现。
第一层，上行发送消息不成功，多发几次；
第二层，多发几次之后仍不成功，重新设置上行功能，再次发送上行；
第三层，上行不通时，切换到（预定策略表）更低速率进行发送；
第四层，最低速率无法发送是，认为无法与网关建立连接。
LoRa网络消息安全加密机制
终端节点一般在与网络服务器进行信息交互之前进行加密操作，主要是通过物联网接入平台获取秘钥信息。终端节点接入时需要的安全信息主要包括：终端设备唯一标识（DevUUID）、应用标识（AppEUUID）和AES-128应用秘钥（AppKey）。
DevUUID是全球终端设备唯一标识，可以采用32位或64位十六进制数字标识，也可以符合IEEE EUI64标准。
AppEUI存储在终端设备中的全球位移应用ID，用于识别终端设备的应用程序提供商。
秘钥（AppKey）是定义于终端的AES-128应用秘钥，由应用程序分配给终端设备，从应用独立的根秘钥中推演出来，根秘钥由应用程序管理者进行控制。
当终端节点接入LoRa网络时，一般需要经过会话加密与应用加密。其中会话加密通过使用基于AES128算法的秘钥进行加密，主要是对发送的数据帧格式进行加密，使用会话秘钥（NwkSkey）确保网络MAC层通信的安全。应用加密通过应用秘钥（AppSKey）对数据帧内容进行加密，确保应用的端到端的安全。
LoRa网络消息安全加密流程一般包括：
（1）使用NwkSKey或者AppSkey秘钥对MAC负载帧（FRMPayload）加密，其中加密可使用AES加密方法，秘钥长度为128位。在对MAC帧加密过程中，通过帧头FPort进行区分，当FPort=0时，表示当前MAC帧负载只包含命令，不包含具体的数据内容，此时可以通过会话秘钥（NwkSKey）进行加密，当FPort≠0时，表明当前MAC帧负载包含数据，此时FPort的值表述帧负载数据的大小，使用应用密码（AppSKey）进行加密；
（2）采用AES签名算法对加密后的MAC帧生成消息一致性码（MIC）,加密算法可采用基于[RFC4493]：AES-CMAC Algorithm,June 2006的AES签名算法CMAC来生成，该算法加密阶段只使用网络会话秘钥（NwkSkey）即可。
LoRa网络应用场景分析
根据LoRa技术的关键特点可知，LoRa非常适用于要求具备功耗低、距离远、容量大以及可定位跟踪等特点的物联网应用，如智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市、智
慧社区等应用和领域。
