LoRa自组网路由协议是一种专为低功耗广域网设计的分布式通信协议，通过多跳中继机制扩展网络覆盖范围并优化能耗。LoRa自组网核心原理是让终端节点动态选择邻近中继节点或网关进行数据转发，利用AODV(按需距离矢量)或类似算法建立动态路由路径，平衡传输距离与功耗。该协议支持自适应速率调整(ADR)和负载均衡，在复杂环境中自动规避信号盲区，适用于农业监测、工业物联网等大规模节点部署场景，显著提升网络鲁棒性和部署灵活性。
一、LoRa自组网路由协议类型及特点
1. AODV（Ad-hoc On-Demand Distance Vector）
原理：AODV是一种按需路由协议，仅在需要通信时动态建立路由。节点通过广播路由请求(RREQ)和单播路由回复(RREP)维护路径，支持无环路和快速拓扑适应。
适用场景：
动态变化的网络环境(如无人机群、移动节点)。
多跳传输需求，例如在Mesh网络或混合拓扑中扩展覆盖范围。
优化案例：
结合速率自适应(ADR)算法，通过调整扩频因子(SF)降低传输时延，提升网络吞吐量。
在STM32和LoRa模块中实现低功耗调度，支持省电模式与定向通信。
2. RPL（Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks）
原理：专为低功耗网络设计，基于目标导向的有向无环图(DAG)构建路由，支持IPv6协议。
局限性：
需依赖IPv6.增加终端运算负担，与LoRaWAN协议兼容性差。
主要适用于静态或半静态网络，动态适应性较弱。
应用尝试：
在Mesh网络中尝试支持节点间直接通信，但受限于功耗和协议兼容性。
3. 厂商私有协议
自组网透传协议：
特点：致远电子开发，支持星型网络和2级中继，数据透传且开发便捷。
适用场景：小型网络(节点数<100)，如智能停车场、传感器采集系统。
LoRaNET协议：
特点：支持多信道通信和本地化部署，适用于复杂网络(如三表集抄)。
提供4级中继和AES-128加密，适合对数据隐私要求高的场景。
LoRaMESH：
基于树形中继扩展覆盖，最多支持3000节点，用于智能抄表等大规模部署。
4. LoRaWAN协议
定位：严格来说，LoRaWAN是MAC层协议而非路由协议，其星型拓扑依赖网关直接通信。
路由功能：
节点通过网关与服务器交互，无多跳路由机制。
支持自适应数据速率(ADR)优化链路质量，但需依赖中心化架构。
扩展方案：
通过ZETA/LoRa双模路由实现多跳组网，兼容LoRaWAN标准。
二、协议选择的影响因素
1. 网络拓扑：
星型网络：优先选择自组网透传或LoRaWAN，依赖网关集中管理。
Mesh/混合网络：采用AODV或RPL实现动态路由，但需权衡功耗与复杂度。
2. 规模与动态性：
小规模静态网络适合私有协议(如LoRaNET)，大规模动态网络倾向AODV。
3. 兼容性需求：
需接入第三方设备时，LoRaWAN的标准化优势显著。
4. 功耗与延迟：
AODV的按需路由降低能耗，而RPL的IPv6支持可能增加功耗。
三、典型应用场景与协议匹配
| 场景 | 推荐协议 | 原因 |
|---|---|---|
| 无人机群通信 | AODV | 动态拓扑、多跳需求 |
| 智能抄表系统 | LoRaMESH或LoRaNET | 大规模节点、树形中继扩展覆盖 |
| 消防传感器网络 | LoRaWAN | 标准化、第三方设备兼容 |
| 工业监测（移动设备） | AODV+ADR优化 | 适应信道质量变化，提升吞吐量 |
| 小型智能家居 | 自组网透传协议 | 快速部署、低复杂度 |
四、未来趋势与挑战
- 协议融合：如TPUNB/LoRa双模路由尝试结合LoRaWAN与多跳能力，解决覆盖盲区。
- 标准化推进：RPL等协议需进一步优化以兼容LoRa低功耗特性，减少IPv6依赖。
- AI驱动路由：结合机器学习预测链路质量，动态调整路由策略。
LoRa自组网的路由协议选择需综合网络动态性、规模、功耗及兼容性。AODV凭借其适应能力成为动态环境的首选，而厂商私有协议在特定场景中简化部署，LoRaWAN则依托标准化优势占据广域应用。未来，协议优化与融合将进一步提升LoRa网络的灵活性和可靠性。