LoRa Mesh组网可以用在什么场景？

LoRa全称远距离无线电（Long Range Radio），作为一种扩频调制技术，最早由法国一家创业公司Cycleo 推出，2012 年 Semtech 收购了这家公司，并将这一调制技术封装到芯片中，基于 LoRa 技术开发出一整套 LoRa 通信芯片解决方案，包括用于网关和终端上不同款的 LoRa 芯片。自此，基于LoRa 技术的产品开始在全世界范围内推广，LoRa技术在世界范围生根发芽，慢慢浸透到了物联网应用的每个角落，LoRaWAN技术也在快速推广。

一.常见的组网方式

1）星状网络拓扑结构：

星状网络常见于：LoRaWAN、Modbus、家用路由器。优点在于维护管理容易，重新配置灵活，但是扩展性差。

2）树状网络拓扑结构：

树状网络拓扑结构简单，构成明晰，故障查找方便。

3）Mesh网络拓扑结构

Mesh网络拓扑结构节点互联互通，利用率高，网络自愈性强

二.LoRaMESH网络的特征

艾森智能致力于利用LoRaMESH构建一种具有如下特征的应急救援网络：
1. 动态拓扑、去中心化的多跳网络
LoRaMESH网络需要足够的自治性、自愈性和扩展性，满足即时组网的需要。网络中节点完全对等，网络的拓扑及拓扑的变化不影响正常的传输功能。RPL 等传统的树状路由协议无法满足，基于六度分隔理论的Gossip协议是正确的选择。
2. 低功耗、远距离的窄带网络
LoRaMESH网络虽然可达15跳，但是在复杂环境中，单跳的可视传输距离仍然需要达到数公里以上，网络节点也基本上依靠电池或太阳能供电。LoRa 由于在低功耗和远距离上有突出的性能，成为应急救援网络有竞争力的无线传输技术。
3. 易部署、免维护的低成本网络
应急救援网络即时部署需要免配置免维护，上电即用。除了便利性，低成本更有利于网络的推广普及。以LoRaMESH 网络为例，在户外马拉松的线路上位部署一套天气监测网络系统，仅需要几万部署成本，并可以反复使用。
4. 时延容忍的高可靠网络
应急救援网络在物理层优先满足低功耗和远距离，在链路层通过协议保证高可靠性。Gossip协议具有一定的可靠性，但会降低网络容量。LoRaMESH 协议通过跳频、消息汇聚、链路层应答、网络自适应等协议技术将网络端到端的可靠性提升到90%以上。
LoRaMESH构建的应急救援网络架构示意图：

网络支持固定和移动节点，通信功能完全相同。固定节点多为太阳能供电的装置，提供环境、位置、UI交互等功能，移动节点为充电电池供电的电子设备，提供位置、UI交互，或作为接收机收集数据供分析呈现使用。

三.LoRaMESH网络的关键技术

1. 多信道跳频(FHSS)
LoRaMESH以随机跳频方式利用多个信道进行通信。节点在需要向网络发送消息时，先在公共信道发一条引导消息（H），引导邻近节点跳频到一个专用信道上接收完整消息（M）。FHSS充分扩展了信道容量，也有效避免多径干扰。
2. 消息聚合
Gossip协议极易造成消息碰撞，导致消息转发效率降低。消息聚合将多个小消息合并成一条大消息发送，从而减少消息发送频次，有效降低消息碰撞概率。如下图所示，消息合并减少了由于载波侦听退让的随机间隔时间，有效提高信道利用率。

3. 链路层确认
LoRaMESH引入一种链路层确认+重传机制，保证了Gossip协议的高可靠性：

• 1) 源节点发送REQ消息，通过Gossip转发，目标节点收到REQ消息后回应ACK。
• 2) 任意节点收到ACK时，如果与缓存的REQ消息匹配上，则停止转发REQ和ACK。
• 3) 任意节点如果探测网络空闲，可以在一段较短的时间内多次泛洪同一条消息。
• 4) 源节点在某个限定时间内没有收到ACK时，可以重发REQ。

4. 网络自适应
当节点在空间上密集分布时，广播消息会造成信道拥塞。LoRaMESH设计在节点分布密集分布时使用高速扩频因子，在节点分布稀疏分布时使用低速扩频因子，同时兼顾了节点间的距离和信道容量，避免空口消息过于拥塞。

四.落地方案分享

LoRaMESH方案可以应用于：

1) 智慧城市

2) 智能园区

3) 智慧建筑

4) 智慧安防

5) 智慧农业

6) 智慧灯控

五、应用分享

LoRaMESH充分运用LoRa的低功耗、远距离、小数据传输技术优势，是物联网LoRa应用的优秀方案。

LoRaMESH应用于物联网场景拥有诸多优势，下面看看具体的实例。

（1）智慧果园

采用LoRaMESH的节点可采集丰富的传感器数据，包括空气温湿度、土壤温湿度、酸碱度、风速、风向、降雨量、光照、PM2.5等数据。24小时监控果园，智能传感设备替代人工作业，大大降低人力成本，提高了所采集数据的准确性。在农业现场，为了蔬果可以健康生长，需要监控各种环境数据信息，在现场要布设大量的传感器。LoRaMESH智慧果园方案中种类繁多的传感器可以迅速组网，将节点采集的数据上传至网关，网关通过多种通信入网方式将数据入云。云端采用大数据分析果园采集上来的数据，实时显示果园现场情况，出现风险信息自动告警，管理人员收到告警信息后，可以远程控制现场的设备或者安排人员及时前往现场处置。

（2）智慧酒店

采用LoRaMESH的节点可采集丰富的房间传感器数据，例如煤气烟雾报警，门禁状态，水电气抄表等。24小时监控，智能传感设备替代人工作业，大大降低人力成本，提高了所采集数据的准确性。酒店一般拥有多层客房，一层楼布置一个网关，收集该楼层的数据。节点采集的数据上传至网关，每一层楼配属一个网关，网关通过多种通信入网方式将数据入云。分布式网关可以高效快捷地采集酒店所有房间的信息，一键云端管理酒店房间信息，整体情况一目了然，对于客户的需求可以做到快速响应。安防设备自动告警，方便酒店维护人员及时处理告警情况。

（3）智慧路灯

采用LoRaMESH的节点可采集丰富的传感器数据，包括路灯灯箱开关情况，电路开关状态，烟雾报警情况等。24小时监控城市道路的路灯情况，智能传感设备替代人工作业，大大降低人力成本，提高了所采集数据的准确性。节点采集的数据上传至网关，网关通过多种通信入网方式将数据入云。云端采用大数据分析路灯采集上来的数据，实时显示现场情况。

由于城市区域非常大，单个网关无法覆盖如此大的区域，LoRaMESH节点的中继功能可以帮助离网关位置较远的节点传输数据至网关，大大增加网关的覆盖范围。如果发生路灯电线偷盗事件，云端管理系统将会及时发出警告，派人处置。针对城市路灯耗电量大的城市管理痛点，LoRaMESH方案可以监控耗电，针对路灯所属地区偏远程度，光照强度，人流量，车流量智能调节路灯的光照强度和开关情况，定时极大减少电力浪费。安装的摄像头可以远程监控路灯现场，辅助城市管理。

LoRaMESH充分运用LoRa的低功耗、远距离、小数据传输技术优势，是物联网LoRa应用的优秀方案.