一文读懂 LoRaWAN 网络架构

在物联网蓬勃发展的当下，低功耗广域网（LPWAN）技术至关重要，LoRaWAN 凭借低功耗、广覆盖等优势脱颖而出。接下来，就带大家深入了解 LoRaWAN 的网络架构。

LoRaWAN 架构基础

LoRaWAN 是 LoRa 联盟制定的基于 LoRa 的低功耗广域网，采用星型拓扑结构 ，能提供低功耗、可扩展、安全的长距离无线连接。其体系结构主要由终端设备、网关、网络服务器和应用服务器组成。

终端设备（End Devices）

终端设备集成 LoRa RF 调制芯片，多为电池供电，通过网关接入网络，遵循 ALOHA 随机访问协议。根据应用需求，分为三个类别：

Class A：默认且功耗最低，通信由设备发起，上行后有两个短下行窗口，可长时间休眠，适合上行需求多、下行不频繁的场景，如智能电表数据采集。

Class B：在 Class A 基础上，通过周期性信标同步，定时打开 “ping 时隙” 接收下行数据，平衡了功耗与下行确定性，适用于远程控制类应用。

Class C：几乎持续打开接收窗口，仅传输时关闭，实现极低延迟，但功耗较高，常用于实时性要求极高的场合，如工业自动化设备监控。

网关（Gateways）

网关是网络的桥梁，借助蜂窝、光纤等多种链路连接服务器，并注册到网络服务器。终端设备上行消息会被多个网关接收，再转发至网络服务器，经去重选优保障数据准确，还能实现低成本定位。网关工作在物理层，分室内、室外两种类型，室内适合建筑内部，室外则用于开阔区域和高处。

网络服务器（Net Server）

网络服务器管理终端设备与应用服务器间的数据通信，负责设备身份验证、消息去重、加密、确认及寻址，通过监听端口接收网关数据，经编解码、解密和解析后转发给应用服务器。

应用服务器（Application Server）

应用服务器运行各类应用程序，通过网络服务器接收终端设备数据，处理后返回指令。以智能农业为例，可分析土壤数据，控制灌溉设备。

LoRaWAN 网络通信流程

上行通信

终端设备按计划将采集数据以特定 LoRa 物理层格式封装发送，网关接收后整合自身信息，通过 TCP/IP 传至网络服务器，经去重、解密等处理后转发给应用服务器。

下行通信

应用服务器生成指令，经网络服务器加密后，根据设备信息通过合适网关发送，不同类型设备按各自规则接收。

LoRaWAN 网络的安全机制

LoRaWAN 采用多层安全方案，终端设备有 OTAA 和 ABP 两种激活方式。OTAA 激活时，设备通过特定信息申请入网，服务器验证后生成会话密钥，用于后续加密和校验；ABP 则将密钥硬编码，操作简单但灵活性差。此外，帧计数器机制通过更新计数，防止重放攻击。

LoRaWAN 的应用场景

LoRaWAN 在多领域广泛应用。智能城市中，优化交通、控制照明；农业物联网里，监测环境、控制设备；环境监测时，实时采集各类参数，为决策提供依据。

LoRaWAN 网络架构凭借其精妙设计，为物联网通信提供可靠保障。随着技术发展，它将在更多场景发挥价值，推动物联网进一步普及。