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      LoraWAN是什么?LoRaWAN的技術概覽介紹

      作者: 深圳金博通科技公司-物聯網云平臺定制廠家發表時間:2021-01-25 13:53:06瀏覽量:2427

      隨著物聯網的規模不斷擴大以及應用更加廣泛,接入的控制點越來越多,使用LoRaWAN成為一種趨勢。LoRaWAN是什么?本文將對LoRaWAN做個介紹性的技術概覽,幫助LoRa從業者全方位了解LoRaWAN。

             隨著物聯網的規模不斷擴大以及應用更加廣泛,接入的控制點越來越多,使用LoRaWAN成為一種趨勢。LoRaWAN是什么?本文將對LoRaWAN做個介紹性的技術概覽,幫助LoRa從業者全方位了解LoRaWAN。

         一、LoRaWAN是什么

         LoRaWANLoRaWAN是為LoRa遠距離通信網絡設計的一套通訊協議和系統架構。它定義了數據在LoRaWAN網絡里是怎樣傳輸的(這里的網絡指的是節點、網關和服務器),定義了消息的類型,數據幀結構和安全加密方法;并且介紹了入網的具體操作,說明了主從機之間的區別。

      協議層次圖


        LoRaWAN在協議和網絡架構的設計上,充分考慮了節點功耗,網絡容量,QoS,安全性和網絡應用多樣性等幾個因素。


        二、LoRaWAN 網絡架構

        我們具體從技術角度做些了解,如下是LoRa聯盟官方白皮書中的網絡架構圖。



            可以看到一個LoRaWAN網絡架構中包含了終端、基站、NS(網絡服務器)、應用服務器這四個部分?;竞徒K端之間采用星型網絡拓撲,由于LoRa的長距離特性,它們之間得以使用單跳傳輸。在終端部分官方列了6個典型應用,有個細節,你會發現終端節點可以同時發給多個基站?;緞t對NS和終端之間的LoRaWAN協議數據做轉發處理,將LoRaWAN數據分別承載在了LoRa射頻傳輸和Tcp/IP上。

        下面結合下行業生態再來看下這個網絡架構,大家可以有更深的認知。

            三、協議概述

        1、終端節點的分類

        在開頭的介紹中我們就看到有協議中有規定 Class A/B/C 三類終端設備,這三類設備基本覆蓋了物聯網所有的應用場景。為了方便大家,做了一個表。


            2、終端節點的上下行傳輸

        這是Class A 上下行的時序圖,目前接收窗口RX1一般是在上行后1秒開始,接收窗口RX2是在上行后2秒開始。

          Class C A 基本是相同的,只是在 Class A 休眠的期間,它都打開了接收窗口RX2。

          Class B 的時隙則復雜一些,它有一個同步時隙beacon,還有一個固定周期的接收窗口ping時隙。如這個示例中,beacon周期為128秒,ping周期為32秒。

            3、終端節點的加網

        搞明白了基礎概念之后,就可以了解節點如何工作了。在正式收發數據之前,終端都必須先加網。

        有兩種加網方式:Over-the-Air Activation(空中激活方式 OTAA),Activation by Personalization(獨立激活方式 ABP)。

        商用的LoRaWAN網絡一般都是走OTAA激活流程,這樣安全性才得以保證。此種方式需要準備 DevEUI,AppEUI,AppKey 這三個參數。


             DevEUI 是一個類似IEEE EUI64的全球唯一ID,標識唯一的終端設備。相當于是設備的MAC地址。

        AppEUI 是一個類似IEEE EUI64的全球唯一ID,標識唯一的應用提供者。比如各家的垃圾桶監測應用、煙霧報警器應用等等,都具有自己的唯一ID。

        AppKey 是由應用程序擁有者分配給終端。

        終端在發起加網join流程后,發出加網命令,NS(網絡服務器)確認無誤后會給終端做加網回復,分配網絡地址 DevAddr(32ID),雙方利用加網回復中的相關信息以及AppKey,產生會話密鑰NwkSKeyAppSKey,用來對數據進行加密和校驗。

        如果是采用第二種加網方式,即ABP激活,則比較簡單粗暴,直接配置 DevAddr,NwkSKey,AppSKey 這三個LoRaWAN最終通訊的參數,不再需要join流程。在這種情況下,這個設備是可以直接發應用數據的。

        4、 數據收發

        加網之后,應用數據就被加密處理了。

        LoRaWAN規定數據幀類型有 Confirmed 或者 Unconfirmed 兩種,即 需要應答 和不需要應答類型。廠商可以根據應用需要選擇合適的類型。

        另外,從介紹中可以看到,LoRaWAN設計之初的一大考慮就是要支持應用多樣性。除了利用 AppEUI 來劃分應用外,在傳輸時也可以利用 FPort 應用端口來對數據分別處理。FPort 的取值范圍是(1~223),由應用層來指定。

        5、 ADR 機制

        我們知道LoRa調制中有擴頻因子的概念,不同的擴頻因子會有不同的傳輸距離和傳輸速率,且對數據傳輸互不影響。

        為了擴大LoRaWAN網絡容量,在協議上了設計一個LoRa速率自適應(Adaptive data rate - ADR)機制,不同傳輸距離的設備會根據傳輸狀況,盡可能使用最快的數據速率。這樣也使得整體的數據傳輸更有效率。

        6、 MAC命令

        針對網絡管理需要,在協議上設計了一系列的MAC命令,來修改網絡相關參數。比如接收窗口的延時,設備速率等等。在實際應用過程中,一般很少涉及,暫時不管。

        以上就是LoRaWAN的基本概述,相信大家看了應該對LoRaWAN有更深的了解,在未來幾年里,物聯網的各個領域將廣泛應用到LoRaWAN,在實際項目中可能也會遇到一些新的問題,但是這只是一個過程,要想省事可以借助一些Lora模塊廠家研發出來的LoRaWAN串口模塊,這些模塊提供了簡單的串口AT命令,非常方便使用。

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