随著(zhe)物(wù)聯網的(de)規模不(bù)斷擴大(dà)以及應用(yòng)"更加廣泛，接入的(de)控制(zhì)點越來(lái)越多(duō)，使用(yòng)LoRaWAN成為(wèi)一(yī)種趨勢。LoRaWAN是(shì)什(shén)麽?本文(wén)将對(duì)LoRaWAN做(zuò)個(gè)介紹性的(de)技(jì)術(shù)概覽，幫助LoRa從(cóng)業(yè)者全方位了(le)解LoRaWAN。

　　 一(yī)、LoRaWAN是(shì)什(shén)麽

　　 LoRaWANLoRaWAN是(shì)為(wèi)LoRa遠(yuǎn)距離(lí)通(tōng)信網絡設計(jì)的(de)一(yī)套通(tōng)訊協議(yì₹)和(hé)系統架構。它定義了(le)數(shù)據在LoRaWAN網絡裡(lǐ)是(shì)怎樣傳輸的(de)(這(zhè)裡(lǐ)的(de)網絡指的(de)是(shì)節點、網關和(hé)服務器(qì))，定義了(le)消息的(de)類型，數(shù)據幀結構和(hé)安全加密方法;并且介紹了(le)入網的(de)具體(tǐ)操作(zuò)，說(shuō)明(míng)了(le)主從(cóng)機(jī)之間(jiān)的(de)區(¥qū)别。

協議(yì)層次圖

　　LoRaWAN在協議(yì)和(hé)網絡架構的(de)設計(jì)上(shàng)，充分(fēn)考慮了(le)節點功耗，網絡容量，QoS，安全性和(hé)網絡應用(yòng)多(duō)樣性等幾個(gè)因素。

　　二、LoRaWAN 網絡架構

　　我們具體(tǐ)從(cóng)技(jì)術(shù)角度做(zuò)些(xiē)了(le)解，如(rú)下(xià)是(shì)LoRa聯盟官方白(bái)皮書(shū)中的(de)網絡架構圖。

      可(kě)以看(kàn)到(dào)一(yī)個(gè)LoRaWAN網絡架構中包含了(le)終端、基站(zhàn)、NS(網絡服務器(qì))、應用(yòng)服務器(qì)這(zhè)四個(gè)部分(fēn)。基站(zhàn)和(hé)終端之間(jiān✔)采用(yòng)星型網絡拓撲，由于LoRa的(de)長(cháng)距離(lí)特性，它們之間(jiān)得(de)以使用(yòng)單跳(tiào)傳輸。在終端部分(fēn)官方<列了(le)6個(gè)典型應用(yòng)，有(yǒu)個(gè)細節，你(nǐ)會(huì)發現(xiàn)終端節點可(kě) 以同時(shí)發給多(duō)個(gè)基站(zhàn)。基站(zhàn)則對(duì)NS和(hé)終端之間(jiān)的(de)LoRaWAN協議(yì)數(shù)據做(zuò)轉發處理(lǐ)，将LoRaWAN數(shù)據分(fēn)别承載在了(le)LoRa射頻(pín)傳輸和(hé)Tcp/IP上(shàng)。

　　下(xià)面結合下(xià)行(xíng)業(yè)生(shēng)态再來(lái)看(kàn)下(xià)這(zhè)個(gè)網絡架構，大(dà)家(jiā♥)可(kě)以有(yǒu)更深的(de)認知(zhī)。

      三、協議(yì)概述

　　1、終端節點的(de)分(fēn)類

　　在開(kāi)頭的(de)介紹中我們就(jiù)看(kàn)到(dào)有(yǒu)協議(yì)中有(yǒu)規定 Class A/B/C 三類終端設備，這(zhè)三類設備基本覆蓋了(le)物(wù)聯網所有(yǒu)的(de)應用(yòng)場(chǎng)景。為(wèi)了(le)方便大(d♠à)家(jiā)，做(zuò)了(le)一(yī)個(gè)表。

      2、終端節點的(de)上(shàng)下(xià)行(xíng)傳輸

　　這(zhè)是(shì)Class A 上(shàng)下(xià)行(xíng)的(de)時(shí)序圖，目前接收窗(chuāng)口RX1一(yī)般是(shì)在上(shàng)行(xíng)後1秒(miǎo)開(kāi)始，接收窗(chuāng)口RX2是(shì)在上(shàng)行(xíng)後2秒(miǎo)開(kāi)始。

　   Class C 和(hé) A 基本是(shì)相(xiàng)同的(de)，隻是(shì)在 Class A 休眠的(de)期間(jiān)，它都(dōu)打開(kāi)了(le)接收窗(chuāng)口RX2。

　   Class B 的(de)時(shí)隙則複雜(zá)一(yī)些(xiē)，它有(yǒu)一(yī)個(gè)同步時(shí)隙beacon，還(hái)有(yǒu)一(yī)個(gè)固定周期的(de)接收窗(chuāng)口ping時(shí)隙。如(rú)這(zhè)個(gè)示例中，beacon周期為(wèi)128秒(miǎo)，ping周期為(wèi)32秒(miǎo)。

      3、終端節點的(de)加網

　　搞明(míng)白(bái)了(le)基礎概念之後，就(jiù)可(kě)以了(le)解節點如(rú)何工(gōng)作(zuò)了(le)。在正式收發數(sh♥ù)據之前，終端都(dōu)必須先加網。

　　有(yǒu)兩種加網方式：Over-the-Air Activation(空(kōng)中激活方式 OTAA)，Activation by Personalization(獨立激活方式 ABP)。

　　商用(yòng)的(de)LoRaWAN網絡一(yī)般都(dōu)是(shì)走OTAA激活流程，這(zhè)樣安全性才得(de)以保證。此種方式需要(yào)準備 DevEUI，AppEUI，AppKey 這(zhè)三個(gè)參數(shù)。

       DevEUI 是(shì)一(yī)個(gè)類似IEEE EUI64的(de)全球唯一(yī)ID，标識唯一(yī)的(de)終端設備。相(xiàng)當于是(shì)設備的(de)MAC地(dì)址。

　　AppEUI 是(shì)一(yī)個(gè)類似IEEE EUI64的(de)全球唯一(yī)ID，标識唯一(yī)的(de)應用(yòng)提供者。比如(rú)各家(jiā)的(de)垃圾桶監測應用(yòng)、煙(yān)霧報(bào)警器(qì)應用(yòng)等等，都(d"ōu)具有(yǒu)自(zì)己的(de)唯一(yī)ID。

　　AppKey 是(shì)由應用(yòng)程序擁有(yǒu)者分(fēn)配給終端。

　　終端在發起加網join流程後，發出加網命令，NS(網絡服務器(qì))确認無誤後會(huì)給終端做(zuò)加網回複，分(fēn)配網絡地(dì)址 DevAddr(32位ID)，雙方利用(yòng)加網回複中的(de)相(xiàng)關信息以及AppKey，産生(shēng)會(huì)話(huà)密鑰NwkSKey和(hé)AppSKey，用(yòng)來(lái)對(duì)數(shù)據進行(xíng)加密和(hé)校(xiào)驗。

　　如(rú)果是(shì)采用(yòng)第二種加網方式，即ABP激活，則比較簡單粗暴，直接配置 DevAddr，NwkSKey，AppSKey 這(zhè)三個(gè)LoRaWAN最終通(tōng)訊的(de)參數(shù)，不(bù)再需要(yào)join流程。在這(zhè)種情況下(xià)，這(zhè)個(gè)設備是(shì)可(kě)以直接發應用(yòng)數€(shù)據的(de)。

　　4、 數(shù)據收發

　　加網之後，應用(yòng)數(shù)據就(jiù)被加密處理(lǐ)了(le)。

　　LoRaWAN規定數(shù)據幀類型有(yǒu) Confirmed 或者 Unconfirmed 兩種，即 需要(yào)應答(dá) 和(hé)不(bù)需要(yào)應答(dá)類型。廠(chǎ∑ng)商可(kě)以根據應用(yòng)需要(yào)選擇合适的(de)類型。

　　另外(wài)，從(cóng)介紹中可(kě)以看(kàn)到(dào)，LoRaWAN設計(jì)之初的(de)一(yī)大(dà)考慮就(jiù)是(shì)要(yào)支持應用(yòng)多(duō)樣性。除了(le)利用(yòng) AppEUI 來(lái)劃分(fēn)應用(yòng)外(wài)，在傳輸時(shí)也(yě)可(kě)以利用(yòng) FPort 應用(yòng)端口來(lái)對(duì)數(shù)據分(fēn)别處理(lǐ)。FPort 的(de)取值範圍是(shì)(1~223)，由應用(yòng)層來(lái)指定。

　　5、 ADR 機(jī)制(zhì)

　　我們知(zhī)道(dào)LoRa調制(zhì)中有(yǒu)擴頻(pín)因子(zǐ)的(de)概念，不(bù)同的(de)擴頻(pín)因子(zǐ)會(huì)有(yǒ≈u)不(bù)同的(de)傳輸距離(lí)和(hé)傳輸速率，且對(duì)數(shù)據傳輸互不(bù)影(yǐng)響。

　　為(wèi)了(le)擴大(dà)LoRaWAN網絡容量，在協議(yì)上(shàng)了(le)設計(jì)一(yī)個(gè)LoRa速率自(zì)适應(Adaptive data rate - ADR)機(jī)制(zhì)，不(bù)同傳輸距離(lí)的(de)設備會(huì)根據傳輸狀況，盡可(kě)能(néng)使用(yòng)最快(kuài<)的(de)數(shù)據速率。這(zhè)樣也(yě)使得(de)整體(tǐ)的(de)數(shù)據傳輸更有(yǒu)效率。

　　6、 MAC命令

　　針對(duì)網絡管理(lǐ)需要(yào)，在協議(yì)上(shàng)設計(jì)了(le)一(yī)系列的(de)MAC命令，來(lái)修改網絡相(xiàng)關參數(shù)。比如(rú)接收窗(chuāng)口的(de)延時(shí)，設備速率等等。在實際應用('yòng)過程中，一(yī)般很(hěn)少(shǎo)涉及，暫時(shí)不(bù)管。

　　以上(shàng)就(jiù)是(shì)LoRaWAN的(de)基本概述，相(xiàng)信大(dà)家(jiā)看(kàn)了(le)應該對(duì)LoRaWAN有(yǒu)更深的(de)了(le)解，在未來(lái)幾年(nián)裡(lǐ)，物(wù)聯網的(de)≈各個(gè)領域将廣泛應用(yòng)到(dào)LoRaWAN，在實際項目中可(kě)能(néng)也(yě)會(huì)遇到(dào)一(yī)些(xiē)新的(de)問(wèn)題，但(dàn★)是(shì)這(zhè)隻是(shì)一(yī)個(gè)過程，要(yào)想省事(shì)可(kě)以借助一(yī)些(xiē)Lora≤模塊廠(chǎng)家(jiā)研發出來(lái)的(de)LoRaWAN串口模塊，這(zhè)些(xiē)模塊提供了(le)簡單的(de)串口AT命令，非常方便使用(yòng)。