LoRa组网协议介绍

　　LoRa是一种低功耗广域网(LPWAN)技术，广泛应用于物联网(IoT)领域，具有长距离通信和低功耗的特点。LoRa组网协议主要包括LoRaWAN协议和自组网协议，以及一些私有协议。

　　一、 LoRa组网协议简介

　　1. LoRaWAN协议

　　LoRaWAN是一种基于MAC层的LPWAN协议，由LoRa联盟(LoRa Alliance)制定和推广。其网络架构通常为星形拓扑结构，由终端节点、网关(或基站)和网络服务器组成。终端节点通过LoRaWAN协议与网关通信，网关再将数据传输到网络服务器进行处理。LoRaWAN支持多种工作模式，包括Class A、Class B和Class C，以适应不同的应用场景。

　　LoRaWAN协议的主要特点包括：

• 　　低功耗：适用于需要长时间运行的物联网设备。
• 　　长距离：能够覆盖几公里甚至更远的距离。
• 　　低数据速率：适用于传输小数据量的应用。
• 　　多节点支持：一个网关可以连接数千个节点。

　　2. 自组网协议

　　自组网协议是一种基于LoRa的树形组网方案，通过树形中继节点的加入，扩展无线系统的抄读范围，最多可达3000个节点。自组网协议提供了一种采用源路由机制的网络结构，简化了组网过程，用户可以通过一键操作完成网络的建立和配置。

　　3. 私有协议

　　除了LoRaWAN和自组网协议外，还有一些私有协议被开发用于特定的应用场景。例如，致远电子开发的LoRaNET协议和自组网透传协议，这些协议支持多信道通信，提高了数据并发处理的能力，并且可以本地化部署和解析处理数据。

　　4. 组网方式

　　LoRa组网方式灵活多样，包括点对点、星形、树形、网状等多种形式。在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的组网方式。例如，在家庭安防、远程无钥匙进入、智能家居等领域，通常使用点对点或星形组网;而在工业传感器、无线报警安全系统等领域，则可能采用树形或网状组网。

　　5. 总结

　　LoRa组网协议主要包括LoRaWAN、自组网协议和私有协议。LoRaWAN是最广泛使用的LPWAN协议，适用于需要长距离和低功耗的物联网应用。自组网协议则提供了一种灵活的网络结构，简化了组网过程。私有协议则根据特定应用场景进行定制开发。通过灵活选择和应用这些组网协议，可以构建高效、可靠的LoRa无线通讯系统。

　　二、 LoRaWAN协议的Class A、B和C工作模式区别

　　LoRaWAN协议定义了三种工作模式：Class A、Class B和Class C，每种模式在功耗、延迟和通信频率上有所不同，适用于不同的应用场景。

　　1. Class A模式：

• 　　Class A模式主要用于定时主动上报，平时处理休眠状态，需要上报数据时才会启动发送机制。
• 　　Class A设备支持双向通信，允许设备在上行传输后立即接收下行通信。设备在上行传输后会打开两个短暂的接收窗口，如果服务器在这些窗口内没有响应，则下一次机会将在下一次上行传输后。
• 　　Class A模式适用于需要低功耗和低延迟的应用，但无法预先安排响应时间。

　　2. Class B模式：

• 　　Class B模式是在Class A模式的基础上增加了一个定时接收窗口，使得节点可以在预定的时间间隔内接收数据。
• 　　Class B设备通过广播时间同步信标来实现定期且固定的接收窗口，允许它们接收来自网络的定期下行消息。
• 　　Class B模式适用于需要周期性接收数据的应用，如需要定期更新数据或状态的应用。

　　3. Class C模式：

• 　　Class C模式具有最低的延迟，但功耗较高，适用于需要实时通信或持续监控的应用。
• 　　Class C模式不需要将无线电接收器保持激活状态的时间最小化，因为它有足够的功率可用。终端可以随时发送数据，并在发送后立即返回接收模式。
• 　　Class C模式适用于需要高实时性和高频率通信的应用，如实时监控或频繁数据交换的应用。

　　Class A模式适用于低功耗和低延迟的应用，Class B模式适用于周期性接收数据的应用，而Class C模式适用于高实时性和高频率通信的应用。

　　三、 自组网协议在实际应用中的性能表现

　　自组网协议在实际应用中的性能表现和与LoRaWAN的比较可以从多个方面进行分析，包括网络拓扑结构、网络覆盖率、网络连接性、网络吞吐量、网络延迟和网络能耗等。自组网协议如AODV和OLSR在不同场景下的性能表现也有所不同，例如在手持场景和车载场景下，自组网路由的运行情况会有所差异。此外，自组网协议在静止节点场景下通过设置故障节点，可以验证反应式路由与主动式路由的不同工作机制所引起的性能差异。

　　与LoRaWAN相比，自组网协议具有以下优势和劣势：

　　1. 优势：

• 　　低功耗和长距离：自组网协议如LoRaMESH基于LoRa技术，具有低功耗和长距离通信的能力。
• 　　扩展性：自组网协议采用源路由机制，通过树形中继节点扩展无线系统抄读范围，最多可达3000个节点。
• 　　低门槛和低成本：自组网协议具有低门槛和低成本的特点，表计工作寿命长达8年以上。
• 　　抗干扰能力强：LoRa技术具有抗干扰能力强的特点，这使得自组网协议在复杂环境中表现较好。

　　2. 劣势：

• 　　服务质量不如蜂窝网络：LoRa和LoRaWAN协议在处理干扰、网络重迭、可伸缩性等方面具有自己的特性，但却不能提供像蜂窝网络一样的服务质量。
• 　　覆盖范围和数据传输速率：虽然LoRaWAN具有显著的长距离通信能力，但在覆盖范围和数据传输速率方面可能不如其他物联网通信技术。
• 　　网络重迭和干扰处理：LoRaWAN在处理网络重迭和干扰方面具有一定的优势，但自组网协议在这些方面可能表现不如LoRaWAN。

　　四、 LoRaNET协议和自组网透传协议的技术细节是什么?

　　LoRaNET协议和自组网透传协议的技术细节如下：

　　1. LoRaNET协议

　　LoRaNET协议是ZLG致远电子基于LM400TU核心模块自主开发的LoRa组网协议。该协议针对不同行业的需求痛点，做了一系列创新与优化，以确保稳定可靠。具体的技术细节包括：

• 　　核心模块：基于LM400TU核心模块，该模块集成了无线收发器、超低功耗MCU、射频收发匹配电路和滤波电路。
• 　　组网能力：支持自组网透传协议、LoRaNET、LoRaWAN、LinkWAN、CLAA等软件组网协议。
• 　　网络拓扑：支持星形网络拓扑结构，主机模块允许从机模块加入网络并分配唯一的本地网络地址。

　　2. 自组网透传协议

　　自组网透传协议是一种基于LoRa技术的无线通信协议，具有长距离传输、低功耗和大容量等优点，广泛应用于物联网领域。具体的技术细节包括：

• 　　模块配置：通过命令配置自组网的组网模式。例如，当自组网模式字节为0时，从机节点会自动加入到开启了允许加入网络的任意主机节点;当自组网模式字节为1时，从机节点只加入到跟自己网络参数相同(通道号、速率、PAN ID)的主机节点。
• 　　网络拓扑：支持星形网络拓扑结构，主机模块在组网模式下允许从机模块加入网络并分配唯一的本地网络地址。
• 　　通信模式：在组网模式下，主机模块允许从机模块加入网络并分配唯一的本地网络地址;在正常工作模式下，主机模块使用随机生成的物理信道和调制参数运行，接受从机模块的入网请求并发送相应信息。

　　五、 在工业传感器领域，树形或网状组网的具体应用

　　在工业传感器领域，树形和网状组网的具体应用案例如下：

　　1. 树形组网应用案例：

• 　　汽车制造场景：在企业园区内部，光纤资源易于获取，覆盖距离一般为数百米到数公里，网络的拓扑适合树形组网。例如，在汽车制造场景中，各条产线分散在工厂园区内部，光纤可按需铺设到各个产线以及产线内部的厂房中。
• 　　工业无线传感器网络：基于HART协议，提出一种基于收集树协议的动态路由机制，适用于工业无线传感器网络。网络中的节点可以宣布自己为树形网络的根节点，其他节点以树形结构进行通信。
• 　　ZigBee网络：ZigBee作为一种短距离、低功耗、低数据传输速率的无线网络技术，可以形成星型网、树型网和网状网等三种组网结构。ZigBee的树形网络层结构在高可靠性和低功耗方面优于星型和网状结构。

　　2. 网状组网应用案例：

• 　　无线传感器网络：网状拓扑结构允许节点之间直接通信，但需要中间节点转发消息。这种结构适用于需要高可靠性和低延迟的应用场景。
• 　　ZigBee网络：ZigBee网络也可以形成网状结构，这种结构适用于需要高可靠性和低延迟的应用场景。

　　树形组网在工业传感器领域中主要用于需要扩展性和错误检测的应用场景，如汽车制造和工业无线传感器网络。

　　六、 LoRa组网方式中，点对点、星形、树形、网状等形式的优缺点

　　LoRa组网方式中，点对点、星形、树形、网状等形式的优缺点分别如下：

　　1. 点对点拓扑结构：

• 　　优点：点对点拓扑结构通常用于远距离传输，能够实现高效的数据传输和低功耗。这种结构不需要复杂的网络配置，适合于电池供电的设备长期运行。
• 　　缺点：点对点拓扑结构的缺点在于其扩展性较差，一旦某个节点失效，整个网络的通信将受到影响。

　　2. 星形拓扑结构：

• 　　优点：星形拓扑结构简单易于实施，只需要一个基站即可控制整个网络。这种结构具有成本效益高、易于安装和重新配置的优点。此外，星形拓扑结构还具有鲁棒性和便于故障识别和隔离的特点。
• 　　缺点：星形拓扑结构的缺点是如果中央控制器(网关)失败，整个网络将无法正常工作。此外，这种结构需要更多的电缆长度和复杂的电缆路由。

　　3. 树形拓扑结构：

• 　　优点：树形拓扑结构结合了星形和总线拓扑的特点，具有易于扩展、易于管理和错误检测简单等优点。此外，树形拓扑结构还支持宽带传输和故障时不会影响整个网络。
• 　　缺点：树形拓扑结构的缺点是需要大量的布线和维护困难。如果集线器或集中器失败，附加节点将被禁用。

　　4. 网状拓扑结构：

• 　　优点：网状拓扑结构可以提高网络的容错性和可靠性，因为节点之间可以互相通信。此外，网状拓扑结构还可以扩展网络的覆盖范围，因为节点之间可以进行多跳通信。
• 　　缺点：网状拓扑结构的缺点是使用各种不相关的节点转发消息，路由迂回，增加了系统复杂性和总功耗。此外，这种结构需要更多的电缆和输入/输出路径，安装和重新配置困难，且硬件成本高昂。