基于Arduino的物联网技术与应用 课件 第7章 NB-IoT和LoRa通信技术

NB-IoT是一种全新的基于蜂窝网络的窄带物联网(narrowbandinternetofthings)技术，是3GPP组织定义的国际标

准。主要支持低功耗广域网（LPWAN)的一种通信技术。支持物联网设备在广域网的蜂窝数据连接，基于授权频谱的运营，可直接部署于LTE网络，可降低部署成本和平滑升级。什么是NB-IoTNB-IoT通信技术简介NB-IoT技术的主要特点NB-IoT通信技术简介特性分类具体描述技术优势典型应用场景带宽与速率窄带传输（180kHz带宽）资源利用率高，抗干扰强小数据包传输（如传感器读数）功耗超低功耗设计（PSM/eDRX模式）电池寿命可达10年远程表计、环境监测设备覆盖能力深度覆盖（比4G强20dB）Sub-1GHz频段（如900MHz）穿透性强，覆盖地下/室内场景地下管网监测、地下室传感器连接规模单小区支持5万~10万终端容量为4G网络的100倍智慧城市（路灯、垃圾桶联网）成本简化硬件设计（半双工、单天线）模块成本＜5美元（2024年数据）大规模低复杂度设备部署部署方式•独立部署（Standalone）•保护带部署（Guard-band）•带内部署（In-band）兼容现有蜂窝网络，无需新建基础设施运营商快速覆盖移动性支持仅支持静态或极低速移动（＜30km/h）降低协议复杂度固定资产监控、智能农业传感器数据传输上行峰值：~60kbps下行峰值：~30kbps满足低频次小数据需求每日抄表、状态上报安全机制3GPP标准加密（SIM认证+AES-128）安全性高于非授权频谱技术（如LoRa）电力监控、金融终端时延较高（秒级至分钟级）牺牲实时性以降低功耗非实时场景（如垃圾桶满溢报警）NB-IoT技术的特点NB-IoT通信技术简介关键优势总结四超特性：超低功耗、超强覆盖、超大连接、超低成本运营商级网络：基于授权频谱，无干扰风险，支持全球漫游无缝升级：可复用现有4G/5G基站（仅需软件升级）适用性对比场景需求是否适合NB-IoT原因说明海量设备低速连接✔️最优选择大容量+低成本+低功耗移动物体追踪✘不推荐弱移动性支持（需选eMTC/LTE-Cat1）实时视频监控✘不适用带宽和速率不足地下矿井监测✔️最佳方案强穿透性+超低功耗频繁数据交互（＞1次/小时）✘慎用功耗显著增加NB-IoT技术的发展历程NB-IoT通信技术简介NB-IoT技术的发展历程NB-IoT通信技术简介

1.技术萌芽与早期探索（2013-2015年）2013年：华为与沃达丰合作提出NB-M2M（后称LTE-M）技术，旨在为机器通信（M2M）设计低功耗蜂窝方案

2014年5月：3GPPGERAN工作组立项研究蜂窝物联网技术，项目名为CIoT（CellularIoT），由华为、高通、中国移动等推动

2015年4月：3GPP决定将CIoT标准开发转移至RAN工作组，同年5月华为与高通联合提出NB-CIoT方案，结合FDMA（上行）与OFDM（下行）技术

2015年8月：爱立信等公司提出NB-LTE方案，基于LTE框架优化

2015年9月：3GPP将NB-CIoT与NB-LTE融合为统一标准NB-IoT，确立为窄带蜂窝物联网的唯一技术路径NB-IoT技术的发展历程NB-IoT通信技术简介

2.标准冻结与商用启动（2016-2017年）2016年4月：NB-IoT物理层标准在3GPPR13冻结

2016年6月：核心协议正式冻结，标志NB-IoT进入规模商用阶段

2017年：中国电信在青岛建成全球首个NB-IoT商用网络，中国联通实现上海全域覆盖

ofo联合中国电信推出全球首款NB-IoT智能锁，验证了技术在实际场景中的应用

3GPP完成NB-IoT性能与一致性测试标准

NB-IoT技术的发展历程NB-IoT通信技术简介

3.规模商用与生态成熟（2018-2020年）2018年：全球NB-IoT网络覆盖超过40个国家，中国建成全球最大商用网络，基站超百万

2020年：中国NB-IoT连接数突破1亿，水表、燃气表、消防烟感等应用率先规模化落地

新冠疫情期间，NB-IoT用于智能门磁、物资追踪等抗疫场景，验证了技术可靠性和产业生态成熟度

4.融入5G与未来演进（2021年至今）2019年：ITU将NB-IoT纳入5G候选技术，支持海量机器连接（mMTC）场景

2020年后：NB-IoT成为“新基建”重要组成部分，推动蜂窝物联网连接主力地位，逐步替代2G/3G物联网

广覆盖技术7.2NB-IoT关键技术NB-IoT支持三种部署方式，如图右图，分别是独立部署(StandAloneOperation)、保护频段部署(GuardBandOperation)以及频段带内部署(InBandOperation)。窄带传输（系统带宽为200kHz，上下行有效传输带宽为180kHz）原理：将信号能量集中在极窄的频带（180kHz）内，显著提升功率谱密度（PSD）。效果：相同发射功率下，NB-IoT的PSD比LTE高11dB，信号穿透能力更强。部署方式7.2NB-IoT关键技术在独立部署(StandAloneOperation)方式中，利用现网的空闲频谱或者新的频谱进行部署，不与现行LTE网络或其他制式蜂窝网络在同一频段，不会形成干扰。在保护频段部署(GuardBandOperation)方式中利用LTE边缘保护频段中未使用的带宽资源块，最大化频谱资源利用率。在频段内部署(InBandOperation)方式中占用LTE的一个物理资源块(PhysicResourceBlock)资源来部署NB-IoT。广覆盖技术7.2NB-IoT关键技术联网很多应用场景的网络信号很弱，NB-IoT与GPRS或LTE系统相比，最大链路预算提升了20dB,相当于提升了100倍。即使在地下车库、地下室、地下管道等普通无线网络信号难以到达的地方也容易覆盖到广覆盖技术7.2NB-IoT关键技术和GPRS相比，NB-IoT在下行信道上覆盖增强的增益主要来源于重复发送，即同一个控制消息或业务数据在空口信道上发送时，通过多次重复发送，用户终端在接收时，对接收到的重复内容进行合并，来提供覆盖能力。在上行方向上，NB-IoT依赖功率谱密度增强(PowerSpectrumDensityBoosting,PSDBoosting)和时域重复(TimeDomainRepetition,TDR)来获得比GPRS或LTE系统多20dB的覆盖增强。低功耗技术7.2NB-IoT关键技术传统物联网设备功耗主要来自：射频收发（占70%以上功耗）信号监听（周期性唤醒检测网络）协议处理（数据封装/加密等计算）无效等待（传输间隔的空闲状态）低功耗技术7.2NB-IoT关键技术NB-IoT在LTE系统的非连续接收(DiscontinuousReception，DRX)基础上进行了优化，采用功耗节省模式(PowerSavingMode，PSM)和增强型非连续接收(EnhancedDiscontinuousReception，eDRX)两种模式。PSM(PowerSavingMode，节电模式)是在Idle态下再新增加一个新的状态PSM(Idle的子状态)，如图7.6所示，在该状态下，关闭信号的收发和接入层相关功能，相当于部分关机状态(但核心网侧还保留用户上下文，用户进入空闲态/连接态时无需再附着/PDN建立)，从而减少天线、射频、信令处理等功耗。低功耗技术7.2NB-IoT关键技术1.PSM（PowerSavingMode）深度休眠模式原理：

设备发送数据后立即进入深度休眠（类似关机状态），仅保留实时时钟（RTC）运行，电流降至0.5~5μA。唤醒仅由内部定时器或外部中断触发。关键参数：TAU（TrackingAreaUpdate）周期：可设置为数天至数月（如31天），期间完全断开与基站连接。应用场景：水表/燃气表等数小时至数天上报一次数据的设备。低功耗技术7.2NB-IoT关键技术2.eDRX（ExtendedDiscontinuousReception）扩展不连续接收原理：

将设备监听基站寻呼信号的间隔从秒级（LTE的1.28s）延长至分钟级甚至小时级，大幅减少无效唤醒。参数配置：技术

监听周期（典型值）

单次监听时长

日均唤醒次数传统DRX 1.28~2.56秒 20ms ＞67,000次eDRX 5分钟~3小时 20ms ＜288次效果：比传统DRX节能90%以上，适用于需保持在线但数据量少的设备（如共享单车锁）。低功耗技术7.2NB-IoT关键技术3.半双工通信与简化射频半双工FDD：终端无法同时收发，射频电路复杂度降低50%，待机电流从mA级降至μA级。单天线设计：取消MIMO支持，功耗降低30%。低功耗技术7.2NB-IoT关键技术图7.6PSM模式（PSM模式：深度休眠的“假关机”状态）TAU（TrackingAreaUpdate）周期：可设置为数天至数月（如31天），期间完全断开与基站连接。低功耗技术7.2NB-IoT关键技术设备进入类似关机的极低功耗状态（仅保留RTC时钟运行），完全断开与基站的无线连接，仅通过内部定时器或外部中断唤醒。工作流程激活条件：设备完成数据传输后，向基站发送

"进入PSM请求"（携带

TAU（TrackingAreaUpdate）周期参数）。基站回复

"接受PSM请求"，并授权休眠时长（≤TAU周期）。休眠期间：无线模块完全关闭，电流降至0.5~5μA（相当于一枚纽扣电池自放电的功耗）。网络侧将设备标记为

"不可达"，下行数据暂存于核心网。唤醒方式：内部定时器触发：TAU周期超时后自动唤醒（如31天）。外部事件触发：传感器中断（如温度超标）或用户按键。参数典型值影响说明TAU周期1小时~31天决定最大休眠时长（运营商可设上限）ActiveTimer1~10秒进入PSM前的等待时间（确保无后续数据）低功耗技术7.2NB-IoT关键技术eDRX(ExtendedDiscontinuesReception，非连续接收)原理如图7.7所示，是3GPPR13版本引入的技术，是对原DRX技术的增强，主要原理为支持更长周期的寻呼监听，从而达到节电目的。传统的1.28/2.56s的DRX寻呼间隔对IoT终端的电量消耗较大，而在下行数据发送频率小时，通过核心网和终端的协商配合，终端跳过大部分的寻呼监听，从而达到省电的目的。终端和核心网通过attach和TAU流程来协商eDRX的长度，可为20s、40s、80s，最大到2.92h。eDRX优点是实时性好于PSM，但节电效果与PSM相比要差些，即相对于PSM，大幅提升了下行通信链路的可到达性。低功耗技术7.2NB-IoT关键技术图7.7eDRX模式（超长间隔的“打盹监听”）低功耗技术7.2NB-IoT关键技术技术本质大幅延长设备监听基站寻呼信号的间隔周期，周期性微秒级唤醒检测是否有下行数据，避免持续监听的高功耗。工作流程参数协商：设备向基站申请eDRX周期（如5.12分钟）和PTW（PagingTimeWindow）窗口。休眠-监听循环：休眠期：无线模块关闭，持续

整个eDRX周期（电流≈1μA）。监听期：在PTW窗口内（如2.56秒）短暂唤醒，检测基站寻呼信号。下行数据传输：若基站有下行数据，在PTW窗口内发送寻呼指令

→

设备建立连接接收数据。大连接技术7.2NB-IoT关键技术传统蜂窝网络容量受限于：无线资源稀缺：有限频谱需分配给所有终端。信令风暴：海量终端同时接入导致控制信道拥塞。调度开销：每个终端需独立分配资源。相比于2G/3G/4G的通信系统，NB-IoT上行容量有50~100倍的提升，设计目标为每个小区5万连接数，大量终端处于休眠状态，其上下文信息由基站和核心网维持，一旦终端有数据发送，可以迅速进入连接状态。大连接技术7.2NB-IoT关键技术1.物理层资源复用技术窄带资源分割：将180kHz带宽拆分为48个子载波（15kHz/个）或12个子载波（3.75kHz/个），支持更多终端并行传输。时域扩展：单终端数据可跨越多达2048个子帧传输，降低单位时间资源竞争。大连接技术7.2NB-IoT关键技术2.控制信道容量提升简化信令设计：RRC连接无状态化：终端休眠后基站不保留上下文，省去连接维护开销。NAS信令直传：用户数据封装在控制面信令传输，避免数据信道占用。随机接入优化：前导码（Preamble）分组：将64个前导码划分为多组，不同业务类型终端使用不同组，减少冲突概率。冲突解决机制：支持基于竞争的退避算法，重试间隔可设至数小时。大连接技术7.2NB-IoT关键技术3.终端行为管理异步通信调度：终端在随机延迟（0~10秒）后发送数据，避免海量设备同时唤醒。数据传输抑制：基站广播ACB（AccessClassBarring）

参数，动态限制低优先级终端接入（如温度传感器可被临时阻塞）。4.核心网轻量化C-SGN（蜂窝物联网服务网关）：专为海量连接设计，单网元支持百万级终端在线。非IP数据传输（NIDD）：绕过IP协议栈，减少包头开销和核心网处理负担。大连接技术7.2NB-IoT关键技术图7.8NB-IoT连接模型NB-IoT容量规划需要与运营商覆盖规划相结合，需同时满足覆盖和容量的要求；核心网无论是签约、用户上下文管理，还是IP地址的分配都有新的优化需求。低成本技术7.2NB-IoT关键技术NB-IoT的低速率、低带宽和低功耗特性带来的是终端低成本。低速率就味着芯片模组不需要大的缓存，低功耗意味着射频设计的要求可以降低；低带宽则不需要复杂的均衡算法，简化盲检次数，减小最大传输块，简化调制解调编码方式，直接去掉IP多媒体子系统(IPMultimediaSubsystem，IMS)协议栈，简化天线设计，相比LTE芯片来说，众多因素使得NB-IoT芯片设计简化，进而带来低成本优势。低成本技术7.2NB-IoT关键技术还有两个因素，一是运营商的建网成本，另外一个是产业链的成熟度。对于运营商建网成本，NB-IoT无须重新建设网络，RF和天线基本上都是复用的，无需重复投资，从而降低了建网成本。对于产业链来说，芯片在NB-IoT整个产业链中处于基础核心地位，现在几乎所有主流的芯片和模组厂商都有明确的NB-IoT支持计划，这将打造一个较好的生态链，对降低成本是大有好处的。芯片与硬件层降本技术、协议栈与软件层降本、网络部署降本技术、供应链与规模化降本低成本技术7.3NB-IoT的网络体系低成本技术7.3NB-IoT的网络体系eMTC适用场景（中低速+移动性+双向通信）智能穿戴设备：儿童手表（支持语音通话+定位）移动资产追踪：共享单车（需移动切换基站）电梯物联网：实时监控+紧急呼叫智慧医疗：便携式健康监测仪（低功耗+移动连接）低成本技术7.3NB-IoT的网络体系LTECat.4适用场景（高速数据+实时性）车载娱乐系统：高清视频流传输（150Mbps）移动监控摄像头：实时回传1080P视频工业路由器：工厂设备高速数据采集NB-IoT系统网络架构7.3NB-IoT的网络体系演进的分组系统(EvolvedPacketSystem，EPS)主要包括3个部分，分别是演进分组核心系统(EvolvedPacketCore，EPC)、基站(eNodeB,eNB，也称为E-UTRAN，无线接入网)、UE用户终端(UserEquipment，UE)NB-IoT终端7.3NB-IoT的网络体系终端设备（UE）硬件特性：单天线、半双工、支持PSM/eDRX协议栈简化：无IP协议栈（可选NIDD模式）不支持VoLTE语音典型设备：智能水表、烟感传感器、资产标签NB-IoT无线接入网7.3NB-IoT的网络体系NB-IoT无线接入网由一个或多个基站(eNB)组成，eNB基站通过Uu接口(空中接口)与UE通信，给UE提供用户面(PDCP/RLC/MAC/PHY)和控制面(RRC)的协议终止点。eNB基站之间通过X2接口进行直接互连，解决UE在不同eNB基站之间的切换问题。如图7.10所示，接入网和核心网之间通过S1接口进行连接，eNB基站通过S1接口连接到EPC。图7.8NB-IoT无线接入网架构NB-IoT无线接入网7.3NB-IoT的网络体系基站（eNodeB）增强：窄带射频：支持180kHz载波带宽覆盖增强：通过重复传输（最高2048次）提升信号接收节能调度：动态调整PSM/eDRX参数关键接口：Uu接口：终端与基站空口，采用OFDMA（下行）/SC-FDMA（上行）图7.8NB-IoT无线接入网架构核心网7.3NB-IoT的网络体系图7.9NB-IoT核心网架构核心网7.3NB-IoT的网络体系EPC负责核心网部分，提供全IP连接的承载网络，主要包括移动性管理实体(MobilityManagementEntity，MME)、服务网关(ServingGateway，S-GW)、分组数据网关(PDNGateway，P-GW)、业务能力开放单元(ServiceCapabilityExposureFunction，SCEF)、归属地用户服务器(HomeSubscriberServer，HSS)等。对于UP模式，物联网数据传输方式和传统数据流量一样，在无线承载上发送数据，由S-GW传输到P-GW，再到应用服务器。这种方案缺点在于在建立连接时会产生额外开销，优势是数据包传输更快。CP模式支持IP数据和Non-IP数据的传输。核心网7.3NB-IoT的网络体系对于CP模式，上行数据从E-UTRAN传输至MME,传输路径分为两条：一条分支通过S-GW传输到P-GW,再传输到应用服务器；另外一条分支是通过SCEF连接到应用服务器。SCEF是NB-IoT新引入的，主要用于在控制面上传输Non-IP数据包，并为鉴权等网络服务提供接口。通过SCEF连接到应用服务器仅支持Non-IP数据传输，优势在于这一方案无须建立数据无线承载，数据包直接在信令无线承载上传输，因此适合非频发的小数据包传输，与NB-IoT推广的行业应用相匹配。IoT平台7.3NB-IoT的网络体系从应用框架上，IoT平台处于终端设备与应用平台中间，起到桥接作用。NB-IoT设备终端接入到IoT平台，IoT平台对它们进行节点管理、接入管理、数据接收缓存等。同时，IoT平台提供标准化API,方便与应用平台进行对接，可提供数据推送、异常告警、命令下发缓存等功能。通用IoT平台的出现，方便了整个NB-IoT应用解决方案的快速实现，从开发难度、功能性能、稳定性、可靠性等多方面提供了服务和保证。数据传输协议7.3NB-IoT的网络体系NB-IoT终端，集成NB-IoT模组后，即可通过NB-IoT的网络，跟应用服务器进行数据收发。目前NB-IoT模组支持两种传输协议：CoAP协议、UDP协议。CoAP协议是为物联网中资源受限设备制定的应用层协议。它是一种面向网络的协议，采用了与HTTP类似的特征，核心内容为资源抽象、REST式交互以及可扩展的头选项等。应用程序通过URI标识来获取服务器上的资源，即可以像HTTP协议对资源进行GET、PUT、POST和DELETE等操作。若用户直接跟私有服务器对接，则通常会基于UDP协议传输。CoAP协议的传输层使用UDP协议。数据传输协议7.3NB-IoT的网络体系CoAP协议中，事务层(TransactionRequest/ResponseLayer)用于处理节点之间的信息交换，同时提供组播和CoAPTransaction拥塞控制等功能。请求/响应层(Request/ResponseLayer)UDP用于传输对资源进行操作的请求和响应信息。CoAP协议的REST构架是基于该层的通信。CoAP协议栈智能交通7.4NB-IoT的应用场景智能交通系统采用先进的数据采集手段、综合的数据处理方式、强大的信息处理平台，再结合有效的商业模式，能够有力地推动智能交通系统产业的蓬勃发展。基于物联网技术的智能交通系统可以实现交通管理的动态化、全局化、自动化、智能化。共享单车7.4NB-IoT的应用场景图7.10NB-IoT共享单车系统智能停车7.4NB-IoT的应用场景智能停车系统智能停车系统可由三部分组成：车辆检测系统、通信系统和上层应用服务系统。共享单车7.4NB-IoT的应用场景NB-IoT方案下的共享单车具有诸多优势。NB-IoT终端的功耗消耗比较低，即使不用外部供电的方式，也可以将共享单车从数月内更换一次电池延长到数年；NB-IoT基站支持大连接，在单车分布密集的区域能够保证单个设备的正常通信；另外NB-IoT的广覆盖特性可以使得即使在地下车库的共享单车也可以实现有效的通信。因此，NB-IoT方案的使用将会促进共享单车的用户体验和管理效率进一步得到提升可穿戴智能设备7.4NB-IoT的应用场景可穿戴智能设备7.4NB-IoT的应用场景独立可穿戴智能设备采用NB-IoT技术，不需要智能手机作为中转，直接通过蜂窝网络和后台服务器通信，因为其非常低的功耗，可以在几年的使用期间都不需要充电，消费者也不需要时刻担心没电的情况，后台服务器数据还可以保持一个完整的连续性，为大数据分析和利用提供完美的数据基础。智慧农业7.4NB-IoT的应用场景智慧农业7.4NB-IoT的应用场景NB-IoT技术可以很好的应用于农业管理，有效解决农业环境检测系统中的问题，运营商的蜂窝网络趋于全覆盖，终端节点的功耗控制较为理想，不需要额外增加供电解决方案，方便了安装和维护，解决了农业传感网络的部署痛点。

1.超长传输距离空旷环境：10-20公里（理想条件下可达50公里）城市环境：2-5公里（穿透3层混凝土建筑）技术原理：

采用ChirpSpreadSpectrum（CSS）扩频调制，信号类似鸟鸣声波，具有极强的抗干扰和抗衰落能力。2.超低功耗休眠电流：低至0.2μA（NB-IoT约1.5μA）电池寿命：AA电池理论寿命10-15年节能机制：异步通信（终端自主唤醒发送）无网络注册/心跳包开销LoRa技术的主要特点LoRa通信技术简介

3.大容量网络单网关容量：支持1万~5万终端（受限于扩频因子）容量原理：

通过多扩频因子（SF7-SF12）正交分配，不同SF终端可在同一频段并发通信。LoRa技术的主要特点LoRa通信技术简介LoRa工作频段LoRa通信技术简介LoRa提供了一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，LoRa扩频技术改变了传输功耗和传输距离之间的平衡；LoRa信号采用扩频技术发送，具有极强的抗干扰能力，信号比噪音弱100倍时也能检出；通过扩频编码，发送侧将信号的频带扩展了N倍，接收侧重新恢复信号时，通过扩频码的相关计算，信号强度增加N倍，但噪音没有变化，这样信噪比提升N倍，能够有效检出信号。LoRa扩频技术LoRa通信技术简介

LoRaAlliance联盟于2015年上半年由思科、IBM和Semtech等多家厂商共同发起创立，LA联盟制定了LoRaWAN标准规范;

LoRa联盟成员包括跨国电信运营商、设备制造商、系统集成商、传感器厂商、芯片厂商和创新创业企业等，联盟成员已超过500家。LoRa联盟LoRa通信技术简介中国LoRa应用联盟(ChinaLoraApplicationAlliance，简称CLAA)由中兴通讯发起，各行业物联网应用创新主体广泛参与、合作共建的技术联盟，是一个跨行业、跨部门的全国性组织。CLAA作为一个公益性技术标准组织，是全球最大的LoRa物联网生态圈，CLAA联盟企业成员中，芯片模块、终端传感和系统集成商企业较多。中国LoRa应用联盟LoRa通信技术简介LoRaWAN是用来定义LoRa网络的通讯协议和系统架构，是由LoRa联盟推出的低功耗广域网标准，可以有效实现LoRa物理层支持远距离通信。实际上LoRaWAN指的是MAC层的组网协议。而LoRa只是一个物理层的协议。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。LoRaWANLoRa通信技术简介LoRaWANLoRa通信技术简介LoRaWAN设计了一套LoRaMAC协议，包括ClassA，B，C三个子选项，分别对应三种终端类型（低功耗，功耗响应折中，实时响应），适用于不同应用场景。LoRaWANLoRa通信技术简介LoRaWAN使用远程星形架构。其中网关用于在终端设备和中央核心网络之间中继消息。在LoRaWAN网络中，节点不与特定网关关联。LoRaWANLoRa通信技术简介EndNodes（终端节点)：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，遵守LoRaWAN协议规范，实现点对点远距离传输。LoRaWANLoRa通信技术简介Gateway/Concentrator(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，然后将数据聚集到一个各自单独的回程连接，解决多路数据并发问题，实现数据收集和转发。终端设备采用单跳与一个或多个网关通信，所有的节点均是双向通信。网关和网络服务器通过以太网回传或任何无线通信技术(如3G、4G、5G)建立通信链路，使用标准的TCP/IP连接。LoRaWANLoRa通信技术简介NetworkServer(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。ApplicationServer（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。LoRaWANLoRa通信技术简介CLAA针对中国CN470ISM频段，定义一套网络平台运营规范，将LoRaWAN网络提升为运营级。CLAA规范聚焦于LoRaWAN网络在中国应用实际部署需要解决的问题。CLAA网络由LoRa基站，网络平台，应用服务器组成。终端通过LoRa星型接入基站；基站通过宽带IP网络星型接入云化核心网；应用服务通过IP网络星型接入核心网。LoRa和LoRaWAN比较LoRa通信技术简介LoRa和LoRaWAN比较LoRa通信技术简介1.LoRa：物理层无线传输技术调制原理：

采用ChirpSpreadSpectrum（CSS）线性扩频，通过频率随时间线性变化的信号抗干扰。关键参数：扩频因子（SF）：7-12（值越大距离越远，速率越低）带宽（BW）：125/250/500kHz编码率（CR）：4/5~4/8（纠错强度）LoRa和LoRaWAN比较LoRa通信技术简介2.LoRaWAN：网络架构与协议核心功能：设备入网认证（OTAA/ABP）数据加密（AES-128）自适应速率（ADR）多设备类管理（ClassA/B/C）网关透明转发：不解析数据内容网络服务器：核心控制节点（数据去重/路由/安全）LoRa和LoRaWAN比较LoRa通信技术简介LoRa单独使用案例点对点通信：两个设备直连（如野外传感器→中继站）无需网络服务器，私有协议传输私有网协议：中国CLAA、腾讯TTN等基于LoRa的定制协议LoRaWAN必用场景大规模组网：城市级物联网（如智慧路灯、表计）多租户管理：不同企业共用同一网关（网络服务器隔离数据）LoRa和LoRaWAN比较LoRa通信技术简介LoRa是无线通信的“语言”（定义如何传输0/1信号）LoRaWAN是通信的“规则”（定义谁在何时以何种方式对话）可使用LoRa而不跑LoRaWAN（如私有网