浅谈LoRa的组网方式与通信安全

LoRa作为一种成熟、稳定的物联网技术，其发展势头非常迅猛，已形成庞大的生态系统，其产业链包括了终端硬件厂商、芯片厂商、模块网关厂商、软件厂商、系统集成商、网络运营商等。其凭借功耗低、传输距离远、穿透性强、组网灵活、易部署等技术特点，以及“自组、安全、可控”的特性，在疫情防控和医疗大健康、智慧农业和畜牧管理、智能建筑、智慧园区、智能表计与能源管理、智慧城市、智能物流和智能制造等诸多领域广泛应用。

什么是LoRa

LoRa 全称是Long Range，既远距离的意思，是一种物理层的无线数字通信调制技术，也称扩频连续调频调制技术（Chirp ModulaTIon）。由semtech公司研发并推广的一种低功耗局域网无线标准，特点是在相同的功耗下比其它无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，在同样的功耗下比传统的无线通信射频通信距离扩大3-5倍。

LoRa的组网方式

LoRa只是物理层的一种调制技术，其组网方式可以根据不同的应用和需求而选择不同。实际应用中常见有：点对点、星状、树状、网状、Mesh等多种组网形式。

LoRa的网络具有灵活性和便利性：按需部署，根据应用需要，规划和部署网络；根据现场环境，针对终端位置，合理部署网关和终端设备。网络的扩展十分简单，根据节点规模的变化，随时对覆盖进行增强或扩展。同时LoRa可以独立组网：个人、企业或机构均可部署私有/专有网、企业网或行业网 （免License 频段）。大多数物联网应用都是区域性的，小规模网络即可解决问题。区域性的局域网络是公网有效且必要的补充。

LoRa的通信安全

技术分析一个数据是否安全，可以通过射频物理层、数据传输过程、安全加密算法、应用层四个方面进行分析。

从物理层分析，数据的安全性主要体现为该信号的隐蔽性强。隐蔽性强又叫做可检性低（LPI---LowProbability of Intercept），即不容易被侦破，对各种窄带通信系统的干扰很小 。如下图所示，扩频前数据高于噪声基底，其信号非常容易被检测。当信号被扩频后，信号完全在噪声基底之下，无法通过能量强度检测出来。这也是军工、通讯等行业一直使用扩频技术作为通信手段的原因。

由于与通信数率相比，扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，隐蔽性较好。再者，由于扩频信号具有很低的功率谱密度，它对使用的各种窄带通信系统的干扰很小。在安全性方面LoRa技术也继承了扩频技术的优点，一般设备很难侦破和干扰到LoRa信号。

在所有的物联网通信技术中，LoRa技术可以在噪声下20dB解调，而其它的物联网通信技术必须高于噪声一定强度才能实现解调。

其它物联网通信技术的波形可以被频谱仪等设备抓取。同样，这些通信数据也可能被干扰或伪造。而LoRa技术具有较好的隐蔽性和抗干扰特性，具有较强的物理层安全特性。

从数据传输过程分析，使用公网技术的终端设备的数据先到达基站，再到达移动交换中心，最后到达运营商的云端，之后才将最终的数据转发给客户应用端或客户的云端。不需要先将数据送到运营商云端便可直接发到客户端。私网的LoRa数据直接在本地完成采集和计算，数据甚至不会离开这个园区的范围。数据传输越远，中转次数越多，安全风险越高，而采用私网技术数据可以完全存储在本地，数据始终掌握在自己手里。许多政企的网络都是通过内网、外网隔离实现网络安全，如果采用私网可以直接对接原有政企的内网，安全级别非常高。从数据传输过程分析（网络层分析）LoRa私网/专网具有较高的安全特性。

从数据加密方法分析，移动蜂窝网技术代表的公网为了方便和效率，采用相同的加密方法，因此容易被攻破。因为公网的普遍性，无法针对安全做太多的定制服务，其必须在安全和性能之间做平衡。而私有网络则完全不同，它们可以根据客户的需求武装成为“装甲车”，数据的安全加密算法可以尽其所能，为了安全可以牺牲数据率，也可以牺牲成本，这是公网所完全不具备的。LoRa技术只是一个物理层的透传技术，用户可以在其网络层链路层架设自己的安全引擎，可以进行最深度的定制，还可以加入硬加密芯片。从数据加密方法分析中可以看到LoRa的安全性可以得到有力保证。

从应用层分析，用户可以根据实际的应用需求进行加密，由于LoRa在组网上具有很强的灵活性，其应用侧的安全管理手段可以配合网络层及加密算法，实现整个应用的整体安全。

物联网组网通信安全模块

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