互联网公司都处在有用户要多业务发展，需要物联网开拓线下空间，互联网人口增长红利带来的增长价值越来越弱，物联网是必须要抓住的机会，并且物联网的应用需要拆成分类的系统能力以商业区和社区的商业模式为主，物联网重中之重是网络的覆盖和数据的可达性、交互性，本文主要针对LoRa窄带网络。

1、LoRa技术

LoRa是Semtech公司推出的一种基于扩频的无线调制解调技术。运行在433Mhz，470Mhz，868Mhz，915Mhz等频段上。在中国境内使用470-510Mhz的频段，带宽可选125khz、250khz、500khz，扩频因子可选SF7-SF12。Semtech推出的最新针对中国境内的SX1268芯片增加速率SF6，保证更快的通信速率，同时功耗也近一步降低。

LoRa使用线性扩频技术，信号传输使用的带宽远大于信息本身使用的带宽，实际传输中使信号淹没在噪声中，通过特殊的解调技术解调出有用信息。这种牺牲带宽的方式换来了远距离的传输。LoRa接收灵敏度达到-148dbm，在发射端增益大于0情况下，整个链路预算超过148db。该链路预算远远超过其他无线通信技术，同时LoRa可以实现大规模网络组网，所以LoRa无线技术非常适合应用于长距离传输的领域。更广的覆盖范围更有益于建设IOT网络，实现智能无线部署，对于即将井喷式爆发的物联网行业，LoRa无疑是物联网方向上的首选。

2、LoRaWAN链路层协议

LoRaWAN是建立在LoRa技术上的一种无线通信协议，该协议是由LoRa联盟开发和维护的。该协议设计到三个实体：终端、网关、服务器。设计到三种通信模式：CLASS-A、CLASS-B、CLASS-C。某些公司在使用自定义的私有协议，很难和其他公司的产品相兼容，无法实现大规模部署。LoRaWAN建立传感器与网关设备之间的低功耗、广域通讯机制，开发者只要遵循该协议，所有设备将实现统一管理。对于构建大规模无线部署，该协议具有深远意义。

LoRaWAN优势：

传输距离远：依赖于扩频技术实现远距离传输；功耗低：发射接收电流小，且相对应的时间短，通信对应的功率低；

频谱带宽窄：使用窄带来进行通信，占用资源少

自动速率调整:根据信号强度实时调整速率；

数据加密：数据传输采用AES-128加密技术，密钥不在空中传输，使数据更加安全；

LoRaWAN劣势：

CLASS-A、CLASS-B、CLASS-C业务的局限性：CLASS-A通信发起者只能为终端，只有上报数据后才能开启下行接收窗口，主要应用于数据的上报业务，对于要求相应实时的场景不适用。CLASS-B 在CLASS-A基础上增加了一个接收窗口，该窗口基于严格的时钟同步技术，可操作性差。CLASS-C除了发送数据时候处于发送状态外，其余时间均处于接收状态，功耗高，不适合电池供电的场合。综上，实时性通信和功耗冲突在LoRaWAN协议中没有得到很好解决。

一般情况下终端会提前存储好可用的信道，该信道既是入网信道，同时又是通信信道。当网关参数发生变化后，终端不能全部及时的修改，造成通信链路不通；

组播概念一带而过，未明确其操作、使用方法；

简单的Aloha协议不能有效避免无线信号的碰撞问题；

3、劳拉CAN(LoRa)

3.1、窄带物联网宏蜂窝覆盖的缺陷

由于网关部署方式CELL覆盖区域太大，导致LoRa带宽窄的缺陷被放大，没有足够的频谱带宽做下行业务，再加上非授权频谱的管理难度，宏蜂窝运营的下行可行性很低。

3.2、室外覆盖室内的成本投入模型缺陷

例如覆盖一个2000户密集城区的社区，从室外覆盖70%室内需要2个网关，覆盖90%的室内需要再增加5个，覆盖98%的室内需要再增加10个，遗留2%的区域可能是室外怎么投资都不能解决的。因此带来整个网络运营的成本成倍增加。

中国市场气、水、电表的市场充分说明了这个问题，本想替代一个人抄表，带来一张不能100%覆盖的重投资运营网络的成本，商业模式不可行。

针对如上LoRaWAN(低功耗长距离广域网)协议在社区环境下缺陷，提出劳拉CAN（低功耗长距离社区网）协议，也是业界第一个针对社区的窄带物联网覆盖解决方案。

劳拉CAN (LoRa) : LoRa Community Area Network，针对LoRaWAN存在的劣势，我们提出劳拉CAN协议。劳拉CAN协议完全兼容LoRaWAN协议，在LoRaWAN协议基础上增加以下特性，弥补LoRaWAN缺陷。

劳拉CAN网络使星形网络拓扑结构。

动态入网：劳拉CAN 协议提出在全网范围内动态入网的概念。不再将入网通信参数固化在程序中。这样可以根据不同应用或不同地区将频段进行划分，实现频段合理利用。除此之外，当链路不畅通情况下，节点可以重新入网，寻找新的可利用信道

空中唤醒：空中唤醒使得节点在短时间内就可以醒来通信，秒级的通信延时可以满足绝大部分的应用，同时不过多增加通信功耗。合理解决了LoRaWAN通信实时性不好的缺陷。实测电池容量为1500mA.h，在SF7,125Khz情况下两秒间隔唤醒，终端设备可以使用长达两年。

组播完善：将组播完善到协议中，根据情况一个终端可以配属一个或者多个组，组播成功运用有助于通信效率的提高，对大规模部署和实现运营有巨大推动作用。

信道监测：发送数据前进行信道监测，遇忙回退机制的增加有效解决数据碰撞，增加了有效通信的比例，进一步减少了无效的发送带来的功耗增加。

支持多个节点到网关（多对一）和节点与节点（一对一）的通信方式。

劳拉CAN主要应用于社区和室内，如下图所示，是劳拉CAN的信号覆盖的简单模型。

室内应用三个速率进行传输，SF7、SF9、SF12。SF7具备高速率高响应特性，SF9主要应用于indoor、outdoor等边界情况，同时又兼顾较好的传输速率。SF12应用于大覆盖情况。三速率应用同时兼顾大范围覆盖和高响应业务。社区主要应用SF7、SF12两种业务，只考虑快速通信和覆盖范围。

针对如上覆盖模型实现动态信道划分、速率设定、劳拉CAN应用报文格式和控制报文格式定义。网关布网支持室内部署，支持室外Class A业务，解决室内覆盖设备上下链路不对称问题。使用SF7、SF9、SF12三种不同速率的网关，提供高速率低延时、中速率中延时的场景，并解决额外5-8dB边界不对称问题。

唤醒终端，低功耗接收，支持延时窗口可配置，支持发送的遇忙回退机制，支持slot time和回退窗口可配置，收发异频，减少碰撞，节省电能。

基于SLA的不同业务等级的资源分配，动态加入家庭和社区管理组，组内业务管理，比如定位、各自家庭和社区管理情景模式：不同类型的终端可以配置不同的业务类型，对应不同的服务等级或者优先级等级，保证优先级高的业务的时延和可靠性（丢包率）需求，尽可能大的资源利用率，尽可能多的网络容量，尽可能低的功耗。

4、劳拉平台能力

劳拉CAN的设计者，劳拉物联致力于为LoRaWAN/劳拉CAN网络提供基于物联网云平台和网络覆盖的优质网络服务，通过在社区完成窄带物联网络的覆盖，为第三方公司提供专业的物联网接入和网络维护服务，面向应用，提供丰富的API和数据分发能力以满足各类行业应用系统的开发需求，使物联网企业可以更加专注于自身应用的开发，而不用将工作重心放在设备接入层的环境搭建上，从而缩短物联网系统的形成周期，降低企业研发、运营和运维成本。

劳拉CAN的设计正是基于其长期设计和运营社区LoRaWAN的经验积累。劳拉物联提供基于劳拉CAN协议的从模组、网关到云端数据服务的端到端的整体解决方案，具有如下的技术特征：

丰富的网络和协议支持。

支持低功耗的MQTT、CoAP、LoRaWAN标准协议和基于社区场景的劳拉CAN协议。

海量消息处理。

内置高效的消息中间件，可分布式处理亿级并发和大量消息吞吐，满足大规模M2M和IoT场景。

公有云/私有云一体化方案。

平台采用容器和微服务架构，支持各种公有云架构及企业内部私有部署。

多端分离/多级审核。

用户端和管理端分离，管理端审核用户权限和用户添加的应用的权限。

安全连接。

提供设备的安全入网能力，覆盖设备授权，身份鉴权，密钥管理，加密传输，会话管理，数据签名。

应用消息自定义。

提供用户定义的下行数据编码和上行数据解析能力，提供设备->数据->转码->事件->动作的应用数据驱动的平台服务能力。