經(jīng)過前面章節(jié)的學(xué)習(xí)，已知道LoRa只是一種物理層的調(diào)制解調(diào)無線通信技術(shù)。是無線通信技術(shù)就需要組網(wǎng)，那么LoRa應(yīng)用中的常見網(wǎng)絡(luò)有哪些？這些組網(wǎng)方式各有什么特點(diǎn)，分別支持哪些應(yīng)用呢？

LoRa應(yīng)用中組網(wǎng)方式非常多，且很多供應(yīng)商根據(jù)需求制定了相應(yīng)的協(xié)議（網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層），根據(jù)是否支持LoRaWAN協(xié)議可以分為L(zhǎng)oRaWAN協(xié)議網(wǎng)絡(luò)和私有協(xié)議網(wǎng)絡(luò)兩大類。LoRaWAN是LoRa聯(lián)盟推廣的統(tǒng)一協(xié)議，也是唯一一個(gè)全球達(dá)成共識(shí)的且聯(lián)盟成員一致推廣的LoRa協(xié)議。

        經(jīng)過前面章節(jié)的學(xué)習(xí)，已知道LoRa只是一種物理層的調(diào)制解調(diào)無線通信技術(shù)。是無線通信技術(shù)就需要組網(wǎng)，那么LoRa應(yīng)用中的常見網(wǎng)絡(luò)有哪些？這些組網(wǎng)方式各有什么特點(diǎn)，分別支持哪些應(yīng)用呢？
        LoRa應(yīng)用中組網(wǎng)方式非常多，且很多供應(yīng)商根據(jù)需求制定了相應(yīng)的協(xié)議（網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層），根據(jù)是否支持LoRaWAN協(xié)議可以分為L(zhǎng)oRaWAN協(xié)議網(wǎng)絡(luò)和私有協(xié)議網(wǎng)絡(luò)兩大類。LoRaWAN是LoRa聯(lián)盟推廣的統(tǒng)一協(xié)議，也是唯一一個(gè)全球達(dá)成共識(shí)的且聯(lián)盟成員一致推廣的LoRa協(xié)議。
        在中國(guó)的LoRa生態(tài)中有大量的用戶使用私有協(xié)議，而在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的LoRa市場(chǎng)上絕大多數(shù)是LoRaWAN協(xié)議，這與LoRa推廣初期不同地區(qū)的國(guó)情相關(guān)。LoRa技術(shù)誕生在歐洲，當(dāng)市場(chǎng)認(rèn)識(shí)到LoRa技術(shù)的優(yōu)勢(shì)后，發(fā)現(xiàn)LPWAN會(huì)是一個(gè)非常大的市場(chǎng)，且LoRa技術(shù)推動(dòng)LPWAN的應(yīng)用是絕佳的機(jī)會(huì)。此時(shí)最激動(dòng)的是歐洲的電信運(yùn)營(yíng)商們，這些運(yùn)營(yíng)商與Semtech一起建立LoRa聯(lián)盟，并且朝著物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商全覆蓋的目標(biāo)努力。所以在LoRa聯(lián)盟建立初期，都是執(zhí)行運(yùn)營(yíng)商先建網(wǎng)，應(yīng)用和服務(wù)逐步增加的策略，這與國(guó)內(nèi)的電信運(yùn)營(yíng)商大力投資先架設(shè)基站和蜂窩網(wǎng)絡(luò)，再一步一步地增加手機(jī)客戶是一個(gè)概念。所以LoRa聯(lián)盟建立的標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，LoRaWAN最早的標(biāo)準(zhǔn)和定義就是在這個(gè)大環(huán)境下完成的。雖然當(dāng)時(shí)也有少數(shù)的國(guó)內(nèi)廠商加入聯(lián)盟之中，但是影響力不足。當(dāng)LoRaWAN技術(shù)來到中國(guó)后，發(fā)現(xiàn)中國(guó)的市場(chǎng)情況完全不同，中國(guó)只有三家大型的電信運(yùn)營(yíng)商，由于政策限制一直走3GPP路線，沒有一家國(guó)內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商愿意按照4G、5G的模式布LoRaWAN網(wǎng)。雖然Semtech公司跟其中的一些有不少合作，都是項(xiàng)目和應(yīng)用的合作，沒有像歐洲的運(yùn)營(yíng)商那樣的全國(guó)布網(wǎng)。歐洲的電信運(yùn)營(yíng)商LoRa策略在中國(guó)走不通，此時(shí)中國(guó)涌現(xiàn)出眾多的行業(yè)公司對(duì)LoRa技術(shù)青睞有加，因?yàn)樗鼈儼l(fā)現(xiàn)LoRa調(diào)制的諸多優(yōu)勢(shì)，可以解決原來無線技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的功能和應(yīng)用。這些公司紛紛把LoRa技術(shù)整合到其系統(tǒng)中，它們純粹把LoRa技術(shù)作為一種“更遠(yuǎn)一些”的無線通信技術(shù)，替代原來的FSK技術(shù)。尤其是過去的無線抄表行業(yè)，由于FSK技術(shù)靈敏度的局限性導(dǎo)致其項(xiàng)目抄表效率差，成功率低，維護(hù)成本高。這些無線抄表公司的開發(fā)人員充分發(fā)揮LoRa的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)更佳更強(qiáng)的產(chǎn)品，形成了一波浪潮。筆者曾采訪過業(yè)內(nèi)的幾個(gè)公司的創(chuàng)始人，都是當(dāng)年看到LoRa是個(gè)好技術(shù)就辭職創(chuàng)業(yè)進(jìn)入LoRa領(lǐng)域的。所以中國(guó)早期的LoRa市場(chǎng)就是一場(chǎng)無線技術(shù)升級(jí)替代的過程，而抄表需求是這波浪潮的浪尖，也是至今Semtech公司的LoRa芯片內(nèi)還一直保留FSK調(diào)制的原因。而國(guó)內(nèi)的這些表計(jì)、停車等應(yīng)用的公司為了方便和快速上線LoRa產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)甚至系統(tǒng)架構(gòu)都保持原樣，只是使用LoRa替代原來的通信芯片，只做了物理層的升級(jí)。由于原有的這些應(yīng)用沒有統(tǒng)一的行業(yè)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，所以至今國(guó)內(nèi)多數(shù)的LoRa應(yīng)用依然是私有協(xié)議。隨后，大家逐漸發(fā)現(xiàn)使用統(tǒng)一協(xié)議的好處，越來越多的人加入LoRaWAN產(chǎn)品的開發(fā)中。隨著LoRaWAN的推廣和協(xié)議更新其市場(chǎng)影響力也不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)占有率也在不斷攀升。
        LoRa私有協(xié)議對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也不盡相同。大致可以分為如下幾種：
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（運(yùn)營(yíng)商的蜂窩網(wǎng)和LoRaWAN也是屬于星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）；
樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
        其中，樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都屬于Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
一、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的LoRa網(wǎng)絡(luò)
        點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）的通信方式在無線通信中是最早出現(xiàn)也是最常見的技術(shù)之一，如圖5-1所示，比如早期的無線門鈴、無線開關(guān)、無線對(duì)講機(jī)等。LoRa技術(shù)應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信時(shí)，規(guī)定主機(jī)和從機(jī)即可，不需要分為網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)。一般會(huì)由主機(jī)主動(dòng)發(fā)起命令和任務(wù)，從機(jī)響應(yīng)；主機(jī)和從機(jī)是可以互換的，LoRa的節(jié)點(diǎn)芯片是支持半雙工通信的，可以很好地支持這類應(yīng)用。

圖5-1    點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
 
       LoRa點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的優(yōu)點(diǎn)是架構(gòu)簡(jiǎn)單，尤其對(duì)于初學(xué)者，最好的學(xué)習(xí)方式就是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的方式，調(diào)節(jié)擴(kuò)頻因子、帶寬等參數(shù)觀察靈敏度和信噪比的變化。在實(shí)際的LoRa應(yīng)用中，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信并不多，主要原因是市場(chǎng)應(yīng)用都在升級(jí)，原有的按鍵門鈴等應(yīng)用隨著智能家居的發(fā)展，都可以通過網(wǎng)關(guān)聯(lián)網(wǎng)，變?yōu)樾菭罹W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；而許多對(duì)講機(jī)原來的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)也變成了廣播式的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有的對(duì)講機(jī)應(yīng)用還增加了Mesh結(jié)構(gòu)。當(dāng)你僅有一對(duì)LoRa收發(fā)機(jī)的時(shí)候才是真正的P2P網(wǎng)絡(luò)形式。
       LoRa對(duì)講機(jī)應(yīng)用于P2P網(wǎng)絡(luò)最主要利用了遠(yuǎn)距離、抗干擾、低功耗的優(yōu)勢(shì)。許多大尺寸如5W、10W輸出功率的非標(biāo)商用對(duì)講機(jī)，現(xiàn)在都換成了小功率的LoRa對(duì)講機(jī)。LoRa對(duì)講機(jī)功耗只有原來的十分之一，且通信距離更遠(yuǎn)了，信號(hào)抗干擾也變強(qiáng)了。從整體成本分析，原有對(duì)講機(jī)大電池和大功率發(fā)射機(jī)的成本大于LoRa的通信模組的成本。
       除了對(duì)講還有一類常用的LoRa點(diǎn)對(duì)點(diǎn)應(yīng)用是測(cè)距，SX1280芯片的測(cè)距是在兩點(diǎn)之間通信實(shí)現(xiàn)的。
       點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)作為通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮峁┫到y(tǒng)驗(yàn)證和維護(hù)檢測(cè)支持。
二、星狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)
       星狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)是最常見的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，比如Wi-Fi是最典型的星狀結(jié)構(gòu)。如圖5-2所示星狀結(jié)構(gòu)的中心為網(wǎng)關(guān)，其他的連接都為節(jié)點(diǎn)（也叫作終端節(jié)點(diǎn)、終端設(shè)備或傳感器），網(wǎng)關(guān)與每個(gè)節(jié)點(diǎn)通信。LoRa最常見的應(yīng)用方式也是采用此種網(wǎng)絡(luò)，這也是LoRa被稱為“長(zhǎng)Wi-Fi”的原因之一，其組網(wǎng)方式與Wi-Fi相似。

圖5-2    星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
 
       采用星狀結(jié)構(gòu)的LoRa私有協(xié)議網(wǎng)絡(luò)一般不采用SX130X系列網(wǎng)關(guān)芯片，而是采用節(jié)點(diǎn)芯片作為網(wǎng)關(guān)。雖然SX130X網(wǎng)關(guān)芯片有很好的上行容量，但是其靈活性較差，需要配合網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器才能工作，且一般的小型應(yīng)用中上行數(shù)據(jù)量比較小，節(jié)點(diǎn)芯片足夠完成數(shù)據(jù)接收。雖然采用節(jié)點(diǎn)芯片開發(fā)的網(wǎng)關(guān)信道少（對(duì)比SX1301網(wǎng)關(guān)），擴(kuò)頻因子固定，但是對(duì)比原有FSK技術(shù)有大幅提升。在下行控制的應(yīng)用中，SX1301網(wǎng)關(guān)和單信道網(wǎng)關(guān)功能完全相同，SX1301網(wǎng)關(guān)的整體成本遠(yuǎn)大于單信道網(wǎng)關(guān)。大量的小型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，從性價(jià)比考慮最終都選擇SX127X或SX126X芯片為核心的網(wǎng)關(guān)。
       針對(duì)不同的應(yīng)用，星狀網(wǎng)絡(luò)的LoRa網(wǎng)關(guān)配置和使用方式不同。由于使用節(jié)點(diǎn)芯片，網(wǎng)關(guān)的接收只能是一種固定頻率、擴(kuò)頻因子、帶寬的參數(shù)組合，針對(duì)多路信道和下行控制，衍生出了多種不同的網(wǎng)關(guān)形式和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用形態(tài)。