在上一篇文章中我大概解釋了什么是LoRaWAN網關。今天我將會更詳細地給大家介紹LoRaWAN網關的技術基礎及其工作原理。只有了解這些，我們才能讓我們更好地了解網關、更好的利用LoRaWAN技術、完善任何想應用的場景。

一、技術基礎

要說LoRaWAN網關，我們要先來了解一下它的技術原理。我們都知道LoRaWAN網關使用的是LoRa技術，那為什么我們又叫“LoRaWAN網關”呢？LoRa?和LoRaWAN?有什么區別？

LoRa其實是低功耗廣域網系列的一部分，它是從chirp 擴頻技術中衍生出來的擴頻調制技術。目前是Semtech公司的專利技術。而LoRaWAN則是建立在LoRa技術之上的媒體訪問控制（MAC，Media Access Control）協議。

了解了LoRaWAN的技術基礎，接下來我們一起來看看LoRaWAN網關的構成。

二、LoRaWAN網關構成

一般來說，一個網關由很多的部件組成。其中有兩個東西尤其關鍵，即LoRa集中器和主機MCU。

1、集中器

LoRa集中器是為網關接收和傳輸LoRa消息服務的。它由一個LoRa基帶處理器和兩個前端芯片組成。有時，為了信道監聽（LBT）、接口轉換、GPS、時間戳等額外功能，集中器有時會帶有額外的芯片。集中器也分很多種形式：mPCIe卡（RAK2247、RAK2287、RAK5146）、40 PIN樹莓派標準（RAK2245）等。

以RAK最新的mPCIe形狀因子集中器RAK5146為例，從下面的框圖中我們可以看到帶有LoRa天線連接器的射頻（RF）部分、限制不需要頻率的濾波器（SAW）、信號放大器（FEM）、雙前端芯片（SX1250），以及SX1303基帶芯片。

此外，它還有STM32芯片，它運行的代碼使集中器與USB兼容，并與附加的SX1262通信，從而實現LBT和光譜掃描等功能。該集中器還可使用GPS模塊和GPS天線連接器，可用于某些LoRaWAN功能，比如Class B。

這兩個前端芯片分為Radio 0和Radio 1。Radio 0在TX和RX模式下均可工作，最多可以分配5個頻道。Radio 1僅在RX模式下工作，也可以分配多達5個頻道。總計為：8個MultiSF頻道、一個LoRaSTD頻道和一個FSK頻道。

2、主機

LoRaWAN網關的主機一般是像樹莓派這類通用的單板計算機，定制開發的系統板也可以。

當然，如果我們想要LoRaWAN網關工作，就還需要軟件與LoRa集中器進行通信，從而接收射頻信息并將其傳送到LoRaWAN服務器上。

3、外殼

除了集中器和主機之外，每個LoRaWAN網關都還需要一個很重要的東西，即外殼。外殼可以保護網關不受周圍環境變量的影響。外殼會根據預期使用環境而改變，比如：室內網關采用緊湊的外殼。而戶外網關則使用更加堅固、耐用和防水的外殼。

由于用到外殼，為了保證我們信號接收和發射的順暢，我們得用到天線。沒有天線，收發過程是很難完成的。一般來說，室內網關的天線較小，室外網關天線較大。以RAK的產品為例，如下圖所示，不同的網關采用的天線都是不同的。

三、LoRaWAN網關工作通信鏈

說完了構成，我們來看一下網關工作的通信鏈。其通信鏈是這樣的：網關從終端節點收集LoRa數據幀—→并將這些數據通過LoRa Packet forwarder程序重傳到—→LoRaWAN網絡服務器。

反之也是一樣，網絡服務器也可通過網關向終端節點發送下行指令集。在某種程度上，可以說網關是終端節點和LoRaWAN服務器之間的橋梁。

1、LoRa Packet forwarder

LoRa Packet forwarder是一個運行在LoRaWAN網關主機上的程序。它通過安全的IP鏈接將集中器（上行鏈路）收到的RF數據包轉發到LoRaWAN網絡服務器上（LNS）。它還可以將LNS發送的RF數據包（下行鏈路）通過同一安全IP鏈路傳輸給一個或者多個設備上。此外，它還可以傳輸到用于網絡內設備時間同步的beacon信號中。

不過，由于Semtech發布了LoRa Basics? Station，經典的LoRa Packet Forwarder現在已經被叫做傳統版本了。不過，它確實提供了一個更安全的連接到首選LNS，也是一種通過CUPS協議遠程配置包轉發器和網關設置的方法。

大多數LoRaWAN網關都可以同時支持傳統的Packet Forwarder和LoRa Basics? Station。

2、LoRaWAN服務器

當LoRa Packet forwarder將集中器上行鏈路收到的RF數據包轉發出來之后，就需要LoRaWAN服務器接收。LoRaWAN服務器是任何LoRaWAN網絡的必備組件，它可以保留在云端或內置網關本身（所有RAK網關都有一個）。其作用是設備認證、重復數據刪除、信息解密、管理和監控終端節點和網關、托管終端用戶應用程序等。它確保了整個網絡數據路由的安全性、可靠性和可擴展性。

3、回程連接

由于網關需要連接到網絡服務器或至少是終端用戶應用程序所在的云端。因此，它需要穩定的互聯網接入。

網關通常具備以下一個或多個功能：以太網、Wi-Fi、蜂窩網絡。它們被用作回程連接。更高級的網關（RAK室外網關系列）具有上述所有功能，并可在其中一個鏈路發生故障時選擇接口故障轉移，以提供穩定的連接。

4、附加功能/軟件組件

除了在終端設備和網絡服務器之間接收/傳輸射頻信號的主要功能外，不同的網關還提供一些附加功能。例如，RAK室外網關在支持傳統LoRa Packet Forwarder和Basics Station的同時，還提供內置網絡服務器。另外，它還支持MQTT，允許用戶使用現有的MQTT消息服務器。也有HTTP集成，允許直接向網絡發送數據。

四、總結

我們重新回顧一下整個通信鏈，讓大家對LoRaWAN網絡和網關作用有一個完整的了解。

網關從終端節點收集LoRa數據幀，并將這些數據重傳到LoRaWAN網絡服務器，該服務器負責認證和數據幀去重。反之亦然，網絡服務器也可通過網關向終端節點發送下行指令集。所以說，在某種程度上，網關是終端節點和LoRaWAN服務器之間的橋梁/協議轉換。

責任編輯：haq