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  • LoRaWAN介绍 - LoRa从业者读这篇就够了

    万次阅读 多人点赞 2017-04-09 23:51:26
    这篇介绍文章是用于团队内部培训使用,对部分内容做了删减后公开发出。 本文是一篇LoRaWAN的科普介绍,你已经在朋友圈看过无数蜻蜓点水的LoRaWAN文章,是时候来一篇真正的技术干货了。

    这篇介绍文章是用于团队内部培训使用,对部分内容做了删减后公开发出。
    本文作者twowinter,转载请注明作者:http://blog.csdn.net/iotisan/

    本文是一篇LoRaWAN的科普介绍,你已经在朋友圈看过无数蜻蜓点水的LoRaWAN文章,是时候来一篇真正的技术干货了。本文先从横向介绍下LoRaWAN的背后势力和网络部署情况,然后纵向讲解了网络架构和具体的协议内容,帮助LoRa从业者系统地了解LoRaWAN协议。

    1 LoRaWAN是什么

    按照LoRa联盟官方白皮书《what is LoRaWAN》的介绍,LoRaWAN是为LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构。

    LoRaWAN? defines the communication protocol and system architecture for the network while the LoRa? physical layer enables the long-range communication link.

    另外官方提供了这张略偏技术的协议层次图,各位看官大体感受下。

    LoRaWAN在协议和网络架构的设计上,充分考虑了节点功耗,网络容量,QoS,安全性和网络应用多样性等几个因素。经过接下来的这些内容,将会对开头这段介绍有更深刻的体会。


    2 背后的利益集团 – LoRa联盟

    和LoRa相爱相杀的 NB-IoT 出自于全球标准化组织 3GPP ,由大名鼎鼎的ETSI(欧洲电信标准化委员会)、日本ARIB(无线行业企业协会)和TTC(电信技术委员会)、CCSA(中国通信标准化协会)、韩国TTA(电信技术协会)和北美ATIS(世界无线通讯解决方案联盟)等等组成。

    相比于 3GPP 的根正苗红,LoRaWAN 背后的LoRa联盟则势力弱了一些。从协议的封面可以看到作者是来自于3个董事会成员公司: N. Sornin (Semtech), M. Luis (Semtech), T. Eirich (IBM), T. Kramp (IBM), O.Hersent (Actility)。

    我们知道每一项技术的推广,都伴随着利益的推动。虽然组织和联盟都是非盈利性组织,但是旗下的企业成员都不是一心来做公益的。从企业角度来讲,花5W去投入做的事情,注定是抱着撬动至少50W美金的预期去做的。

    LoRa联盟于2015年上半年由思科(Cisco)、IBM和升特(Semtech)等多家厂商共同发起创立,截止目前(2017.04)有400+的成员,董事会成员中也有不少大企业,大家共同为瓜分未来低功耗广域网的蛋糕而抱团努力着。这是我做的一个表格,收集了现阶段愿意交纳5W美金会费的19个董事会成员,你可以看到这些企业的愿ye景xin。


    电信运营商 bouygues 法国三大移动网络运营商之一
    comcast 美国最大的有线电视运营商
    KPN 荷兰皇家电信集团
    orange 法国电信运营商
    Proximus 比利时电信运营商
    SK telecom 韩国电信运营商
    网络安全方案商 gemalto 金雅拓,网络安全方案商,涉及网络加密设计,是中国移动合作伙伴
    giesecke 捷德,支付安全方案商,涉及网络加密设计,是工行、建行等的U盾方案商
    云平台方案商 actility 法国,ThingPark云平台
    IBM 平台方案商
    ZTE 中兴,平台方案商,基站方案商
    基站方案商 cisco 思科
    kerlink 基站方案商
    sagemcom 基站方案商
    终端芯片方案商 semtech LoRa射频芯片供应商
    ST 微控制器供应商
    renesas 瑞萨,微控制器供应商
    行业应用方案商 flashnet 能源管理应用商,如智慧路灯等应用
    homerider 水表应用商

    3 LoRaWAN的网络部署情况

    在绑定了几个一级电信运营商后,网络部署情况就比较可观了。按照官方目前(2017.04)的声明,网络部署情况是这样:

    34个公开声明部署的网络,至少150个在进行的城市试点部署

    你们发现没,鸡脖子那边有一点白,可能是主体主义思想的光辉太耀眼了。


    4 LoRaWAN 网络架构

    在前面部分了解了LoRaWAN很火之后,我们具体从技术角度做些了解。如下是LoRa联盟官方白皮书中的网络架构图。

    可以看到一个LoRaWAN网络架构中包含了终端、基站、NS(网络服务器)、应用服务器这四个部分。基站和终端之间采用星型网络拓扑,由于LoRa的长距离特性,它们之间得以使用单跳传输。在终端部分官方列了6个典型应用,有个细节,你会发现终端节点可以同时发给多个基站。基站则对NS和终端之间的LoRaWAN协议数据做转发处理,将LoRaWAN数据分别承载在了LoRa射频传输和Tcp/IP上。

    下面结合下行业生态再来看下这个网络架构,大家可以有更深的认知。图来自ST的LoRa白皮书《IoT connectivity made easier STM32 MCUs & LoRa》。


    5 协议概述

    5.1 终端节点的分类

    在开头的介绍中我们就看到有协议中有规定 Class A/B/C 三类终端设备,这三类设备基本覆盖了物联网所有的应用场景。

    为了方便大家,我又做了个表。

    CLASS 介绍 下行时机 应用场景
    A ("all") Class A 的终端采用 ALOHA 协议按需上报数据。在每次上行后都会紧跟两个短暂的下行接收窗口,以此实现双向传输。这种操作是最省电的。 必须等待终端上报数据后才能对其下发数据。 垃圾桶监测、烟雾报警器、气体监测等
    B ("beacon") Class B 的终端,除了Class A 的随机接收窗口,还会在指定时间打开接收窗口。为了让终端可以在指定时间打开接收窗口,终端需要从网关接收时间同步的信标。 在终端固定接收窗口即可对其下发数据,下发的延时有所提高。 阀控水气电表等
    C ("continuous") Class C 的终端基本是一直打开着接收窗口,只在发送时短暂关闭。Class C 的终端会比 Class A 和 Class B 更加耗电。 由于终端处于持续接收状态,可在任意时间对终端下发数据。 路灯控制等

    5.2 终端节点的上下行传输

    下面来点时序图,让大家有更深的感受。

    这是Class A 上下行的时序图,目前接收窗口RX1一般是在上行后1秒开始,接收窗口RX2是在上行后2秒开始。

    Class C 和 A 基本是相同的,只是在 Class A 休眠的期间,它都打开了接收窗口RX2。

    Class B 的时隙则复杂一些,它有一个同步时隙beacon,还有一个固定周期的接收窗口ping时隙。如这个示例中,beacon周期为128秒,ping周期为32秒。

    5.3 终端节点的加网

    搞明白了基础概念之后,就可以了解节点如何工作了。在正式收发数据之前,终端都必须先加网。

    有两种加网方式:Over-the-Air Activation(空中激活方式 OTAA),Activation by Personalization(独立激活方式 ABP)。

    商用的LoRaWAN网络一般都是走OTAA激活流程,这样安全性才得以保证。此种方式需要准备 DevEUI,AppEUI,AppKey 这三个参数。

    DevEUI 是一个类似IEEE EUI64的全球唯一ID,标识唯一的终端设备。相当于是设备的MAC地址。
    AppEUI 是一个类似IEEE EUI64的全球唯一ID,标识唯一的应用提供者。比如各家的垃圾桶监测应用、烟雾报警器应用等等,都具有自己的唯一ID。
    AppKey 是由应用程序拥有者分配给终端。

    终端在发起加网join流程后,发出加网命令,NS(网络服务器)确认无误后会给终端做加网回复,分配网络地址 DevAddr(32位ID),双方利用加网回复中的相关信息以及AppKey,产生会话密钥NwkSKey和AppSKey,用来对数据进行加密和校验。

    如果是采用第二种加网方式,即ABP激活,则比较简单粗暴,直接配置 DevAddr,NwkSKey,AppSKey 这三个LoRaWAN最终通讯的参数,不再需要join流程。在这种情况下,这个设备是可以直接发应用数据的。

    5.4 数据收发

    加网之后,应用数据就被加密处理了。

    LoRaWAN规定数据帧类型有 Confirmed 或者 Unconfirmed 两种,即 需要应答 和不需要应答类型。厂商可以根据应用需要选择合适的类型。

    另外,从介绍中可以看到,LoRaWAN设计之初的一大考虑就是要支持应用多样性。除了利用 AppEUI 来划分应用外,在传输时也可以利用 FPort 应用端口来对数据分别处理。FPort 的取值范围是(1~223),由应用层来指定。

    5.5 ADR 机制

    我们知道LoRa调制中有扩频因子的概念,不同的扩频因子会有不同的传输距离和传输速率,且对数据传输互不影响。

    为了扩大LoRaWAN网络容量,在协议上了设计一个LoRa速率自适应(Adaptive data rate - ADR)机制,不同传输距离的设备会根据传输状况,尽可能使用最快的数据速率。这样也使得整体的数据传输更有效率。

    5.6 MAC命令

    针对网络管理需要,在协议上设计了一系列的MAC命令,来修改网络相关参数。比如接收窗口的延时,设备速率等等。在实际应用过程中,一般很少涉及,暂时不管。


    6 地区参数

    LoRa联盟官方在协议之外,还发布了一个配套补充文档《LoRaWAN 地区参数》,这份文档描述了全球不同地区的LoRaWAN具体参数。为了避免新区域的加入而导致文档的变动,因此将地区参数章节从协议规范中剥离出来。

    这份文档主要讲了LoRaWAN在全球各地区的具体物理层参数,不单单是频段有区别,细化到信道划分,甚至是数据速率,发射功率,最大数据长度等等都有区别。

    为了方便大家了解总体情况,我又做了个表。

    其实这个表也可以看出一个好玩的事情,为什么韩国的参数和亚洲各国其实差不太多,却单独拎出来。如果你有记得前文中的董事会成员记录,就应该知道韩国SK电信在LoRa联盟中的地位。这么高的地位搞点小特殊,你说过分么。


    7 LoRaWAN应用示例

    好了,介绍完如上的信息,大家应该对LoRaWAN有了系统的了解。

    在断断续续学习LoRaWAN的这几个月,深深感觉到,物联网厂商要想理解透LoRaWAN还是需要做比较大的投入,特别是在实际项目过程中还是会遇到这样那样的细节问题。不过有更快速省事的方法,诸如借助我们长期的合作伙伴-厦门四信的LoRaWAN串口模块,他们提供了非常简单清晰的串口AT命令,厂商可以专注于自己多变的业务应用,是的,那句话,上帝的归上帝,凯撒的归凯撒。

    i.基础网络参数配置
    
    配置DevEUI
    AT+DEI=11:22:33:44:55:66:77:88
    
    配置AppEUI
    AT+AEI=11:22:33:44:55:66:77:88
    
    配置AppKey
    AT+AKY=00:11:22:33:44:55:66:77:88:99:AA:BB:CC:DD:EE:FF
    
    ii.加网操作
    
    AT+JON //启动加网
    
    +JON: 1 Failed // 第一次加网失败
    +JON: 2 OK
    
    iii.数据收发
    
    向端口21发送数据12345
    AT+TXA=21,12345
    
    收到端口21的数据通知
    +RCV:21,abcd
    

    8 End

    That’s all.


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  • LORAWAN 1.0.3

    2018-10-19 17:41:55
    最新lorawan协议,LORAWAN1.0.3 规范,学习lora技术可下载。
  • lorawan gateway simulator

    2018-07-05 17:36:09
    LoRaWan 模拟器 LoRaWan 模拟器 LoRaWan 模拟器LoRaWan 模拟器LoRaWan 模拟器
  • LoRaWAN code

    2018-07-28 09:47:42
    LoRaWAN code工程源码,开发者使用,方便快速搭建自己的LoRa网络。
  • LORAWAN终端

    2018-02-09 15:39:15
    标准的lorawan终端,基于STM32, 提供开发者参考,移植使用。
  • LoraWAN STM32 工程源码+lorawan1.0.3规范。
  • LoRaWAN support

    2020-12-02 16:37:08
    <div><p>RadioLib could be extended to support LoRaWAN networks (and it's been on the TODO/WIP list for quite a while now).</p><p>该提问来源于开源项目:jgromes/RadioLib</p></div>
  • LoRaWAN规范1.0

    2019-04-02 11:09:20
    LoRaWAN规范1.0,由LoRa联盟发布,基于LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构,如果按协议分层来说LoRaWAN就是MAC层,LoRa是物理层. 基此LoRaWAN原来也被叫做LoRaMAC。基于此规范实现的网络,可以实现相互...
  • LoRaWAN 1.0.4 Specification

    2020-12-15 09:42:59
    LoRaWAN 1.0.4 Specification》 是 LoRa 联盟规范的核心协议,该版本是目前最新的协议,内容比较详细,分享大家学习参考。
  • LoRaWAN规范1.1

    2019-04-02 11:21:30
    LoRaWAN规范1.1,兼容1.03、1.0.2、1.0.1、1.0,由LoRa联盟发布,基于LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构,如果按协议分层来说LoRaWAN就是MAC层,LoRa是物理层. 基此LoRaWAN原来也被叫做LoRaMAC。基于此...
  • Beelan的Arduino LoRaWAN库 该存储库包含封装在通用平台中运行的简单LoRaWAN库,从而允许使用SX1272,SX1276收发器和兼容模块(例如某些HopeRF RFM9x模块)。 此系统信息库所有基于最初由Ideetron BV创建的库这个库...
  • LoraWAN协议格式

    2017-04-07 16:28:21
    LoraWAN协议格式
  • LoRaWan协议

    2020-07-05 10:21:57
    LoRaWAN是 LoRa联盟推出的一个基于开源的MAC层协议的低功耗广域网(Low Power Wide Area Network, LPWAN)标准。这一技术可以为电池供电的无线设备提供局域、全国或全球的网络。LoRaWAN瞄准的是物联网中的一些核心...

    终端协议架构
    LoRaWAN是 LoRa联盟推出的一个基于开源的MAC层协议的低功耗广域网(Low Power Wide Area Network, LPWAN)标准。这一技术可以为电池供电的无线设备提供局域、全国或全球的网络。LoRaWAN瞄准的是物联网中的一些核心需求,如安全双向通讯、移动通讯和静态位置识别等服务。该技术无需本地复杂配置,就可以让智能设备间实现无缝对接互操作,给物联网领域的用户、开发者和企业自由操作权限。LoRaWan通讯协议,终端协议架构如下图所示。

    网络架构
    LoRaWAN网络架构是一个典型的星形拓扑结构,在这个网络架构中,LoRa网关是一个透明传输的中继,连接终端设备和后端中央服务器。网关与服务器间通过标准IP连接,终端设备采用单跳与一个或多个网关通信。所有的节点与网关间均是双向通信,同时也支持云端升级等操作以减少云端通讯时间。

    自适应速率
    终端与网关之间的通信是在不同频率和数据传输速率基础上完成的,数据速率的选择需要在传输距离和消息时延之间权衡。由于采用了扩频技术,不同传输速率的通信不会互相干扰,且还会创建一组“虚拟化”的频段来增加网关容量。LoRaWAN的数据传输速率范围为0.3 kbps至37.5 kbps,为了最大化终端设备电池的寿命和整个网络容量,LoRaWAN网络服务器通过一种速率自适应(Adaptive Data Rate , ADR)方案来控制数据传输速率和每一终端设备的射频输出功率。

    通信加密
    全国性覆盖的广域网络瞄准的是诸如关键性基础设施建设、机密的个人数据传输或社会公共服务等物联网应用。

    关于安全通信,LoRaWAN一般采用多层加密的方式来解决:

    一、独特的网络密钥(EU164),保证网络层安全;

    二、独特的应用密钥(EU164),保证应用层终端到终端之间的安全;

    三、属于设备的特别密钥(EUI128)。

    A/B/C类终端介绍
    LoRaWAN网络根据实际应用的不同,把终端设备划分成A/B/C三类:

    Class A
    Class A:双向通信终端设备。这一类的终端设备允许双向通信,每一个终端设备上行传输会伴随着两个下行接收窗口。终端设备的传输槽是基于其自身通信需求,其微调是基于一个随机的时间基准(ALOHA协议)。Class  A所属的终端设备在应用时功耗最低,终端发送一个上行传输信号后,服务器能很迅速地进行下行通信,任何时候,服务器的下行通信都只能在上行通信之后。

    Class B
    Class B:具有预设接收槽的双向通信终端设备。这一类的终端设备会在预设时间中开放多余的接收窗口,为了达到这一目的,终端设备会同步从网关接收一个Beacon,通过Beacon将基站与模块的时间进行同步。这种方式能使服务器知晓终端设备正在接收数据。

    Class C
    Class C:具有最大接收槽的双向通信终端设备。这一类的终端设备持续开放接收窗口,只在传输时关闭。

    LoRa技术要点
    相关要点
    一般说来,传输速率、工作频段和网络拓扑结构是影响传感网络特性的三个主要参数。传输速率的选择将影响系统的传输距离和电池寿命;工作频段的选择要折中考虑频段和系统的设计目标;而在FSK系统中,网络拓扑结构的选择是由传输距离要求和系统需要的节点数目来决定的。

    前向纠错编码技术
    LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术,拥有前所未有的性能。此前,只有那些高等级的工业无线电通信会融合这些技术,而随着LoRa的引入,嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。

    前向纠错编码技术是给待传输数据序列中增加了一些冗余信息,这样,数据传输进程中注入的错误码元在接收端就会被及时纠正。这一技术减少了以往创建“自修复”数据包来重发的需求,且在解决由多径衰落引发的突发性误码中表现良好。一旦数据包分组建立起来且注入前向纠错编码以保障可靠性,这些数据包将被送到数字扩频调制器中。这一调制器将分组数据包中每一比特馈入一个“展扩器”中,将每一比特时间划分为众多码片。

    抗干扰能力
    LoRa调制解调器经配置后,可划分的范围为64-4096码片/比特,最高可使用4096码片/比特中的最高扩频因子(12)。相对而言,ZigBee仅能划分的范围为10-12码片/比特。

    通过使用高扩频因子,LoRa技术可将小容量数据通过大范围的无线电频谱传输出去。实际上,当你通过频谱分析仪测量时,这些数据看上去像噪音,但区别在于噪音是不相关的,而数据具有相关性,基于此,数据实际上可以从噪音中被提取出来。扩频因子越高,越多数据可从噪音中提取出来。在一个运转良好的GFSK接收端,8dB的最小信噪比(SNR)需要可靠地解调信号,采用配置AngelBlocks的方式,LoRa可解调一个信号,其信噪比为-20dB,GFSK方式与这一结果差距为28dB,这相当于范围和距离扩大了很多。在户外环境下,6dB的差距就可以实现2倍于原来的传输距离。

    超强的链路预算
    为了有效地对比不同技术之间传输范围的表现,我们使用一个叫做“链路预算”的定量指标。链路预算包括影响接收端信号强度的每一变量,在其简化体系中包括发射功率加上接收端灵敏度。AngelBlocks的发射功率为100mW (20dBm),接收端灵敏度为-129dBm,总的链路预算为149dB。比较而言,拥有灵敏度-110dBm(这已是其极好的数据)的GFSK无线技术,需要5W的功率(37dBm)才能达到相同的链路预算值。在实践中,大多GFSK无线技术接收端灵敏度可达到-103dBm,在此状况下,发射端发射频率必须为46dBm或者大约36W,才能达到与LoRa类似的链路预算值。

    因此,使用LoRa技术我们能够以低发射功率获得更广的传输范围和距离,这种低功耗广域技术正是我们所需的。

    关于LPWAN
    低功耗广域网络(Low Power Wide Area Network, LPWAN)是物联网中不可或缺的一部分,具有功耗低、覆盖范围广、穿透性强的特点,适用于每隔几分钟发送和接收少量数据的应用情况,如水运定位、路灯监测、停车位监测等等。LPWAN相关组织LoRa联盟目前在全球已有145位成员,其繁茂的生态系统让遵循LoRaWAN协议的设备具有很强的互操作性。一个完全符合LoRaWAN标准的通讯网关可以接入5到10公里内上万个无线传感器节点,其效率远远高于传统的点对点轮询的通讯模式,也能大幅度降低节点通讯功耗。

    划重点要考
    谢谢大家看到这里,下面是干货。除了上面LoRa官方的解释,下面是小编对LoRaWan的个人见解,帮助初学者门,希望大家不要绕弯路。。。干货奉上。

    终端
    LoRa联盟是由Semtech公司发起的,Semtech公司在LoRa中起到什么作用?我们知道LoRaWan分为4部分,终端,网关,服务器,应用层。其中终端到网关这两个部分,也就是无线传感网部分。Semtech公司设计的sx127x射频芯片,用于收发消息。全球不同地区频段是不一样的。中国免费频段是433Mhz和470~510Mhz,详细请看LoRaWan物理层规定。对应的射频芯片可以使用SX1278射频芯片。SX1278射频芯片目前市场上供货很多价钱便宜。Semtech公司对SX1278没有任何管制,大家可以随便购买。sx1278射频芯片是半双工通信的射频芯片,LoRaWan协议需要主控MCU来运行,目前ST公司牵手了Semtech公司,STM32L系列低功耗主控MCU通过SPI控制SX1278射频芯片。终端的LoRaWan协议是开源的,可以在下面下载。总结下终端等于SX1278+STM32L系列单片机。
    网关
    网关部分,没有网关LoRaWan通讯协议没法运行,我们知道一个信道,在同一时间空中只允许一个电磁波的存在,否则会发生碰撞。LoRaWan通讯协议作为无线传感网的一种,首先需要解决的数据碰撞的问题。硬件方面网关是由树莓派+SX1301射频芯片构成的。Semtech公司设计的SX1301射频芯片拥有7个LoRa信道以及一个FSK通信信道。能够保证同一时间收到下方多个终端消息。网关通过网络层控制下方终端的通信信道,哪个信道空闲优先使用空闲信道,并且配置每个终端的信道占用比。超过信道空占比,会延迟发送消息。关键中的关键,SX1301射频芯片是Semtech公司的核心利益。完全不开源包括数据手册。官方的人也不会外泄,而且SX1301芯片供货买不到。只有大的供货厂商和公司加入联盟,签订保密协议才能拿到SX1301芯片。成型便宜网关的参考价格在2000人名币左右。所以网上卖终端的烂大街,卖网关的就一两家。目前网上卖终端的都是做透传用的,和LoRaWan没有关系,没有指出网关这一茬,sx1301如下图所示。


    服务器
    拥有终端和网关后还需要服务器的搭建,LoRaWan缺一不可。LoRa目前都是以做项目为主,网关一般不单卖,很不赚钱。


    用户应用层
    个性化定制,提取数据库内数据。

    线性调制
    LoRa为什么通信距离那么远相比FSK调制方式,LoRa调制方式采用了线性扩频技术。线性扩频技术为什么这么牛逼。我们知道wifi、zigbee包括3G\4G采用了直序译码技术,蓝牙采用了跳频技术。线性扩频技术难于调制,技术难点高。一般用于军用通讯,好处是抗噪强,传播距离远,难于破解。
    低速率
    LoRa通讯速率低,低到什么程度。LoRa的通讯速率越低距离越远,真的很远。在Sf = 7,bw = 125kHz时传输10b字节需要59ms。在sf=12,bw=125kHz时传输10b字节需要1361ms,64包字节需要2450ms(以上都是大概数据仅供参考,实际情况会有出入)。但是距离会很长。
    LoRaWan相关资料
    下面时官方LoRaWan的相关资料。
    终端node代码:LoRaMac-node-master.zip
    网关gataway代码:Lora_gateway-master.zip
    服务器代码:croft-master.zip
    SX1278驱动库文件:Sx12xxDrivers-V2.1.0.zip
    SX1276/6/8中文数据手册:SX1278-China-data-cn.pdf
    ST公司提供的终端LoRaWan协议使用手册:En.DM00300436.pdf
    ST公司LoRaWan终端代码发布位置(获取位置,如下图所示):http://www.st.com/content/st_com/en/products/embedded-software/mcus-embedded-software/stm32-embedded-software/stm32cube-expansion-software/i-cube-lrwan.html


    欢迎加入LoRa.

    关键字:LoRaWan

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    展开全文
  • LoraWan协议原本

    2017-02-04 12:30:25
    LoraWan协议原本
  • Azure IoT Edge LoRaWAN入门套件 LoRaWAN入门套件是的OSS跨平台专用网络实现,实现与Azure IoT中心的连接。 它使用户可以设置自己的LoRaWAN网络,该网络可以连接到基于LoRa的节点(传感器),并将解码后的消息包发送...
  • LoRaWAN区域参数

    2018-08-10 17:22:30
    LoRaWAN区域参数,来自LoRa联盟官方原版文件。资源共享。
  • LoRaWan协议栈

    2019-04-15 15:08:35
    loraWan协议栈,外加SX1272/73,SX1276/77/78/79和SX1261/2无线电驱动程序
  • LoRaWAN Regional Parameters

    2018-12-10 21:25:11
    LoRaWAN不同国家或地区的可使用的ISM频段参数信息,以及详细的频点列表信息等,开发人员的必备资料
  • ve been thinking for a while that the LoRaWAN stack and the radio drivers would benefit from some configuration. Not including support for class C in a class A device is one example. Another example ...
  • 原标题:全方位解读LoRaWAN本文是一篇LoRaWAN的科普介绍,你已经在朋友圈看过无数蜻蜓点水的LoRaWAN文章,是时候来一篇真正的技术干货了。本文先从横向介绍下LoRaWAN的背后势力和网络部署情况,然后纵向讲解了网络...

    原标题:全方位解读LoRaWAN

    本文是一篇LoRaWAN的科普介绍,你已经在朋友圈看过无数蜻蜓点水的LoRaWAN文章,是时候来一篇真正的技术干货了。本文先从横向介绍下LoRaWAN的背后势力和网络部署情况,然后纵向讲解了网络架构和具体的协议内容,帮助LoRa从业者系统地了解LoRaWAN协议。

    1 LoRaWAN是什么按照LoRa联盟官方白皮书《what is LoRaWAN》的介绍,LoRaWAN是为LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构。

    LoRaWAN? defines the communication protocol and system architecture for the network while the LoRa? physical layer enables the long-range communication link.

    另外官方提供了这张略偏技术的协议层次图,各位看官大体感受下。

    LoRaWAN在协议和网络架构的设计上,充分考虑了节点功耗,网络容量,QoS,安全性和网络应用多样性等几个因素。经过接下来的这些内容,将会对开头这段介绍有更深刻的体会。2 背后的利益集团 – LoRa联盟和LoRa相爱相杀的 NB-IoT 出自于全球标准化组织 3GPP ,由大名鼎鼎的ETSI(欧洲电信标准化委员会)、日本ARIB(无线行业企业协会)和TTC(电信技术委员会)、CCSA(中国通信标准化协会)、韩国TTA(电信技术协会)和北美ATIS(世界无线通讯解决方案联盟)等等组成。

    相比于 3GPP 的根正苗红,LoRaWAN 背后的LoRa联盟则势力弱了一些。从协议的封面可以看到作者是来自于3个董事会成员公司: N. Sornin (Semtech), M. Luis (Semtech), T. Eirich (IBM), T. Kramp (IBM), O.Hersent (Actility)。

    我们知道每一项技术的推广,都伴随着利益的推动。虽然组织和联盟都是非盈利性组织,但是旗下的企业成员都不是一心来做公益的。从企业角度来讲,花5W去投入做的事情,注定是抱着撬动至少50W美金的预期去做的。

    LoRa联盟于2015年上半年由思科(Cisco)、IBM和升特(Semtech)等多家厂商共同发起创立,截止目前(2017.04)有400+的成员,董事会成员中也有不少大企业,大家共同为瓜分未来低功耗广域网的蛋糕而抱团努力着。这是我做的一个表格,收集了现阶段愿意交纳5W美金会费的19个董事会成员,你可以看到这些企业的愿ye景xin。

    3 LoRaWAN的网络部署情况在绑定了几个一级电信运营商后,网络部署情况就比较可观了。按照官方目前(2017.04)的声明,网络部署情况是这样:

    34个公开声明部署的网络,至少150个在进行的城市试点部署

    你们发现没,鸡脖子那边有一点白,可能是主体主义思想的光辉太耀眼了。4 LoRaWAN 网络架构在前面部分了解了LoRaWAN很火之后,我们具体从技术角度做些了解。如下是LoRa联盟官方白皮书中的网络架构图。

    可以看到一个LoRaWAN网络架构中包含了终端、基站、NS(网络服务器)、应用服务器这四个部分。基站和终端之间采用星型网络拓扑,由于LoRa的长距离特性,它们之间得以使用单跳传输。在终端部分官方列了6个典型应用,有个细节,你会发现终端节点可以同时发给多个基站。基站则对NS和终端之间的LoRaWAN协议数据做转发处理,将LoRaWAN数据分别承载在了LoRa射频传输和Tcp/IP上。

    下面结合下行业生态再来看下这个网络架构,大家可以有更深的认知。图来自ST的LoRa白皮书《IoT connectivity made easier STM32 MCUs & LoRa》。

    5 协议概述

    5.1 终端节点的分类在开头的介绍中我们就看到有协议中有规定 Class A/B/C 三类终端设备,这三类设备基本覆盖了物联网所有的应用场景。

    为了方便大家,我又做了个表。

    5.2 终端节点的上下行传输下面来点时序图,让大家有更深的感受。

    这是Class A 上下行的时序图,目前接收窗口RX1一般是在上行后1秒开始,接收窗口RX2是在上行后2秒开始。

    Class C 和 A 基本是相同的,只是在 Class A 休眠的期间,它都打开了接收窗口RX2。

    Class B 的时隙则复杂一些,它有一个同步时隙beacon,还有一个固定周期的接收窗口ping时隙。如这个示例中,beacon周期为128秒,ping周期为32秒。

    5.3 终端节点的加网搞明白了基础概念之后,就可以了解节点如何工作了。在正式收发数据之前,终端都必须先加网。

    有两种加网方式:Over-the-Air Activation(空中激活方式 OTAA),Activation by Personalization(独立激活方式 ABP)。

    商用的LoRaWAN网络一般都是走OTAA激活流程,这样安全性才得以保证。此种方式需要准备 DevEUI,AppEUI,AppKey 这三个参数。

    DevEUI 是一个类似IEEE EUI64的全球唯一ID,标识唯一的终端设备。相当于是设备的MAC地址。

    AppEUI 是一个类似IEEE EUI64的全球唯一ID,标识唯一的应用提供者。比如各家的垃圾桶监测应用、烟雾报警器应用等等,都具有自己的唯一ID。

    AppKey 是由应用程序拥有者分配给终端。

    终端在发起加网join流程后,发出加网命令,NS(网络服务器)确认无误后会给终端做加网回复,分配网络地址 DevAddr(32位ID),双方利用加网回复中的相关信息以及AppKey,产生会话密钥NwkSKey和AppSKey,用来对数据进行加密和校验。

    如果是采用第二种加网方式,即ABP激活,则比较简单粗暴,直接配置 DevAddr,NwkSKey,AppSKey 这三个LoRaWAN最终通讯的参数,不再需要join流程。在这种情况下,这个设备是可以直接发应用数据的。

    5.4 数据收发加网之后,应用数据就被加密处理了。

    LoRaWAN规定数据帧类型有 Confirmed 或者 Unconfirmed 两种,即 需要应答 和不需要应答类型。厂商可以根据应用需要选择合适的类型。

    另外,从介绍中可以看到,LoRaWAN设计之初的一大考虑就是要支持应用多样性。除了利用 AppEUI 来划分应用外,在传输时也可以利用 FPort 应用端口来对数据分别处理。FPort 的取值范围是(1~223),由应用层来指定。5.5 ADR 机制我们知道LoRa调制中有扩频因子的概念,不同的扩频因子会有不同的传输距离和传输速率,且对数据传输互不影响。

    为了扩大LoRaWAN网络容量,在协议上了设计一个LoRa速率自适应(Adaptive data rate – ADR)机制,不同传输距离的设备会根据传输状况,尽可能使用最快的数据速率。这样也使得整体的数据传输更有效率。5.6 MAC命令针对网络管理需要,在协议上设计了一系列的MAC命令,来修改网络相关参数。比如接收窗口的延时,设备速率等等。在实际应用过程中,一般很少涉及,暂时不管。6 地区参数LoRa联盟官方在协议之外,还发布了一个配套补充文档《LoRaWAN 地区参数》,这份文档描述了全球不同地区的LoRaWAN具体参数。为了避免新区域的加入而导致文档的变动,因此将地区参数章节从协议规范中剥离出来。

    这份文档主要讲了LoRaWAN在全球各地区的具体物理层参数,不单单是频段有区别,细化到信道划分,甚至是数据速率,发射功率,最大数据长度等等都有区别。

    为了方便大家了解总体情况,我又做了个表。

    其实这个表也可以看出一个好玩的事情,为什么韩国的参数和亚洲各国其实差不太多,却单独拎出来。如果你有记得前文中的董事会成员记录,就应该知道韩国SK电信在LoRa联盟中的地位。这么高的地位搞点小特殊,你说过分么。7 LoRaWAN应用示例好了,介绍完如上的信息,大家应该对LoRaWAN有了系统的了解。

    在断断续续学习LoRaWAN的这几个月,深深感觉到,物联网厂商要想理解透LoRaWAN还是需要做比较大的投入,特别是在实际项目过程中还是会遇到这样那样的细节问题。不过有更快速省事的方法,诸如借助我们长期的合作伙伴-厦门四信的LoRaWAN串口模块,他们提供了非常简单清晰的串口AT命令,厂商可以专注于自己多变的业务应用,是的,那句话,上帝的归上帝,凯撒的归凯撒。

    i.基础网络参数配置配置DevEUIAT+DEI=11:22:33:44:55:66:77:88

    配置AppEUIAT+AEI=11:22:33:44:55:66:77:88

    配置AppKeyAT+AKY=00:11:22:33:44:55:66:77:88:99:AA:BB:CC:DD:EE:FF

    ii.加网操作

    AT+JON //启动加网

    +JON: 1 Failed // 第一次加网失败+JON: 2 OK

    iii.数据收发

    向端口21发送数据12345AT+TXA=21,12345

    收到端口21的数据通知+RCV:21,abcd

    8 End

    That’s all.

    据了解,LoRa联盟与NB-IoT联盟正在火热抢夺物联网市场,由于二者技术特性、适用场景不同,难以一站式满足客户需求。目前,协成智慧有落地成功案例与丰富行业解决方案,又是CLAA(LoRa联盟)与中国NB-IoT产业联盟成员,提供一站式LoRa解决方案(兼容NB-IoT),包含LoRa模组、NB-IoT模组+物联网基站+管理平台软件开源+数据供应等,可定制可开发,市场首选。

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  • LoRa及LoRaWAN简介

    万次阅读 多人点赞 2019-08-27 22:43:20
    1、什么是LoRa和LoRaWAN 1.1 LoRa和LoRaWAN的区别 LoRa是低功耗广域网通信技术中的一种,是Semtech公司专有的一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术。 LoRaWAN是为LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统...

    目录

     

    1、什么是LoRa和LoRaWAN

      1.1 LoRa和LoRaWAN的区别

      1.2 LoRa扩频技术介绍

        1.2.1 什么是扩频技术

        1.2.2 扩频技术的作用

        1.2.3 扩频技术常用术语介绍

      1.3 LoRaWAN帧结构

      1.4 硬件方案介绍

        1.4.1 终端设备方案

        1.4.2 网关方案

    2、LoRaWAN网络架构

    3、LoRaWAN终端设备分类

    4、LoRaWAN终端设备入网

      4.1 OTAA(Over-The-Air Activation)

      4.2 ABP(Activation by Personalization)

    5、LoRaWAN终端设备数据传输

      5.1 数据上下行介绍 

      5.2 数据传输的一些基本规定

    6、ADR机制介绍

      6.1 什么是ADR

      6.2 ADR有什么用

      6.3 ADR如何工作

    7、CAD机制介绍

      7.1 空中唤醒技术

      7.2 CAD工作原理

        7.2.1 CAD工作流程

        7.2.2 CAD周期计算

        7.2.3 前导码时间计算

    8、MAC命令介绍

    9、区域参数


    1、什么是LoRa和LoRaWAN

      1.1 LoRa和LoRaWAN的区别

        LoRa是低功耗广域网通信技术中的一种,是Semtech公司专有的一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术。 LoRaWAN是为LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构。它是一种媒体访问控制(MAC)层协议。

        LoRa         = PHY Layer

        LoRaWAN = MAC Layer

     

      1.2 LoRa扩频技术介绍

        1.2.1 什么是扩频技术

          通过注入一个更高频信号将基带信号扩展到更宽的频带,它的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。

        1.2.2 扩频技术的作用

          根据香农公式:C = B × log2(1 + S/N)。 式中,C是信道容量,单位为比特每秒(bps),它是在理论上可接受的误码率(BER)下所允许的最大数据速率;B是要求的信道带宽,单位是Hz;S/N是信号噪声功率比。C表示通信信道所允许的信息量,也表示了所希望得到的性能。      从上式可以看出,通过提高信号带宽(B)可以维持或提高通信的性能(C),甚至信号的功率可以低于噪底(表现为抗干扰强、传输更远)。

        1.2.3 扩频技术常用术语介绍

          带宽(BandWidth)

          每个信道的上限频率和下限频率之差。增加BW,可以提高有效数据速率以缩短传输时间,但是以牺牲部分接受灵敏度为代价。增加带宽为什么会牺牲信号灵敏度?

          SNR(信噪比)

          信号和噪声的比值,计量单位是dB,其计算方法是10lg(PS/PN)。根据计算公式可知,SNR小于0时表示信号功率小于噪声功率,SNR大于0时表示信号功率大于噪声功率。

          RSSI(接收信号强度指示)

          即接收灵敏度(单位为dBm)。在纯净环境下,RSSI值与距离是一个非线性曲线的关系,所以路测时在一定距离内RSSI值有参考价值,过距离后基本没有参考价值。

          扩频因子(SF)

          扩频调制技术采用多个信息码片来代表有效负载信息的每个位。扩频信息的发送速度称为符号速率(Rs),而码片速率与标称符号速率之间的比值即为扩频因子,其表示每个信息位发送的符号数量。Rs = BW/2^SF。

          编码率(CR)

          编码率,是数据流中有用部分的比例。也就是说,如果编码率是k/n,则对每k位有用信息,编码器总共产生n位的数据,其中n-k是多余的。LoRa采用循环纠错编码进行前向错误检测与纠错。

          EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)

          有效全向辐射功率。在LoRa上,每个地区规定的最大EIRP值是不一样的,EIRP = P(LoRa芯片发送功率) + G(天线增益) – Loss(损耗)。

      1.3 LoRaWAN帧结构

        LoRa有两种包格式,显性模式和隐形模式。显性模式下有Header部分,隐形模式没有。

        Preamble:用于保持接收机与输入的数据流同步。默认是12个符号长度,LoRaWAN中使用8个符号长度。前导长度是一个可以通过编程来设置的变量,所以前导码的长度可以扩展。接收机的前导码长度应与发射机一致。如果前导码长度为未知或可能会发生变化,应将接收机的前导码长度设置为最大值。可以通过设置前导码值进行地址过滤,实现分组通信。

        Header:包含的信息有,Payload的字节数、编码率、是否打开Payload CRC。LoRaWAN中使用显性模式,隐形模式下这三个内容需要手动在通讯的两端配置。

        Payload:真正发送的数据。

        Payload CRC:对Payload的CRC校验,2个字节。

        注意:收到confirmed类型的消息时,接收者要回复一条设置了确认位的消息(ACK 设为1)。如果发送者是终端,网络就把确认消息发送到该终端打开的接收窗口。如果发送者是网关,确认消息的发送由终端就自行判断。

        注意:

        帧挂起位(FPending):只在下行交互中使用,表示网关还有数据挂起等待下发,此时要求终端尽快发送上行消息从而再打开接收窗口接收数据。

        FPort:0表示FRMPayload中只有MAC命令。1…223(0x01…0xDF)范围内的FPort由应用指定; FPort = 224 专门为LoRaWAN Mac层测试协议服务。

      1.4 硬件方案介绍

        1.4.1 终端设备方案

    • 从图中可以看出,sx1276功能和频段覆盖是最完善的,可以针对欧洲标准、美国标准、中国标准、国际标准市场,目前中国一般使用的是sx1278。
    • SX1276/77/78 配备了三个不同的射频功率放大器。其中两个分别与 RFO_LF 和 RFO_HF引脚连接,能够实现高达+14dBm的功率放大功能。第三个功率放大器与 PA_BOOST 引脚连接,通过专门的匹配网络实现高达+20dBm的功率放大功能。
    • RFO_LF 主要针对LF频段( 低频段169M和433M、470M),RFO_HF主要针对高频频段(868M-915M),而PA_BOOST能覆盖所有频段,一般现在设计使用PA_BOOST引脚,能保证+20dBM的发送功率。
    • SPI通信可以达到10M,一般LoraWAN时要求使用10M保证SPI通信时间可以忽略。

        1.4.2 网关方案

          网关采用SX1301+SX1255/57的方案 

          SX125X是射频前端芯片,它负责I/Q(In-phase / Quadrature,同相正交数字信号)和无线电模拟信号之间的转换。1255支持的频段为400~510M,1257为862~1020M。

          SX1301由2个MCU和ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit,专用集成电路)的组成。主要部件包括:

          射频MCU:该MCU通过SPI总线连接2片SX125x,主要负责实时自动增益控制、射频校准和收发切换。

          数据MCU:该MCU负责分配8个LoRa调制解调器给多个通道,它仲裁数据包的机制包括速率、通道、射频和信号强度。

          IF0~IF7通道:它们的带宽固定为125kHz,每个通道可以设置中心频率,每个通道可以接收SF7~SF12共6种速率的LoRa信号。理论上可以同时处理6*8=48个终端的上行数据,但是它只有8路LoRa解调器,所以一个通道(IF0~IF7)接收了6个正交数据包,解调器也只负责处理其中一个。

          IF8通道:带宽支持125 / 250 / 500kHz,用于基站之间的高速通信。

          IF9通道:收发(G)FSK信号,LoRaWAN在欧洲地区使用了该通道。

    2、LoRaWAN网络架构

        LoRaWAN的网络实体分为四个部分: 终端节点、网关、LoRaWAN服务器和用户服务器。

        End Node: 终端节点一般是各类传感器,进行数据采集,开关控制等 。

        Gateway: LoRa网关,对收集到的节点数据进行封装转发 。

        NetworkServer: 主要负责上下行数据包的完整性校验。

        ApplicationServer: 主要负责OTAA设备的入网激活,应用数据的加解密 。

        CustomerServer: 从AS中接收来自节点的数据,进行业务逻辑处理,通过AS提供的API接口向节点发送数据。

    3、LoRaWAN终端设备分类

        根据协议规定有 Class A/B/C 三类终端设备,这三类设备基本覆盖了物联网所有的应用场景。CLASSA/B/C的应用和区别可见下表

    4、LoRaWAN终端设备入网

      4.1 OTAA(Over-The-Air Activation)

    • DevEUI(设备唯一标识符, Server与Node预先存储)
    • AppEUI(应用唯一标识符, Server与Node预先存储)  
    • AppKey(Server和Node都要预先存好, 用于对join_accept message的加解密还有node用于生成AppSKey和NwkSKey)  
    • DevNonce(可以由LoRa芯片的RSSI随机值得到)
    • NetID的7个最低有效位称作NwkID,即DevAddr(终端短址)的7个最高有效位。区域相邻或重叠的网络的NwkID不能相同。余下的17个最高有效位由网络运营商自由分配。

    入网请求包格式

    入网接收包格式

    • DevAddr:设备短地址,类似于IP地址。
    • DLSettings:低4位表示RX2的速率,高4位表示RX1的速率偏移。
    • RxDelay:设置从发送完成到打开RX1窗口的时间。
    • CFList:服务器将信道列表带给终端。每个通道占用三个字节,最多下发5个通道

      4.2 ABP(Activation by Personalization)

        这种方法比较简单粗暴,直接配置 DevAddr,NwkSKey,AppSKey 这三个LoRaWAN最终通讯的参数,不再需要join流程。在这种情况下,这个设备是可以直接发应用数据的。

    5、LoRaWAN终端设备数据传输

      5.1 数据上下行介绍 

        这是Class A 上下行的时序图,目前接收窗口RX1一般是在上行后1秒开始,接收窗口RX2是在上行后2秒开始。

        Class C 和 A 基本是相同的,只是在 Class A 休眠的期间,它都打开了接收窗口RX2

        Class B 的时隙则复杂一些,它有一个同步时隙beacon,还有一个固定周期的接收窗口ping时隙。如这个示例中,beacon周期为128秒,ping周期为32秒

    • 加网之后,应用数据就被加密处理了。
    • LoRaWAN规定数据帧类型有 Confirmed 或者 Unconfirmed 两种,即需要应答和不需要应答类型。厂商可以根据应用需要选择合适的类型。
    • 另外,从介绍中可以看到,LoRaWAN设计之初的一大考虑就是要支持应用多样性。除了利用 AppEUI 来划分应用外,在传输时也可以利用 FPort 应用端口来对数据分别处理。FPort 的取值范围是(1~223),由应用层来指定。

      5.2 数据传输的一些基本规定

    1. 切换信道 终端节点每次发送数据包都要随机切换信道,切换信道可以有效降低同频干扰和无线信号衰减。
    2. 发送占空比(DutyCycle) 不同国家和地区, 在ISM频段, 每个无线设备允许的最大发送占空比是有限制的, 这样是为了保证公平和防止非法占用信道。 以欧洲为例, DutyCycle=1%,如果一个设备发射时间为1s, 则接下来99s它都不能再发射无线信号(但是可以接收)。
    3. 驻留时间(DwellTime) 该限制主要在北美地区, 在ISM频段, 一个无线电设备每0.4s必须切换信道, 这样做是为了保证信道利用率和增强抗干扰能力。例如, 一个设备发射时间为1s, 它必须调频3次才能完成发射任务。

    6、ADR机制介绍

      6.1 什么是ADR

        LoRa网络允许终端设备逐一使用所有可用的数据速率。LoRaWAN协议根据该特性对静态终端的数据速率进行调整优化,这就是数据速率自适应(ADR)。

      6.2 ADR有什么用

        ADR可用时,网络会对速率进行优化,使其使用的数据速率尽可能快。这样可以延长终端的电池寿命、充分利用网络带宽。

      6.3 ADR如何工作

        如果终端的数据速率经过网络优化比最低速率大,那节点就要定期检查保证服务器仍然能够收到上传的数据。

        终端上行的帧计数器每递增一次(重传时计数器不递增)的同时,设备的 ADR_ACK_CNT 计数器也递增。如果 ADR_ACK_LIMIT (ADR_ACK_CNT >= ADR_ACK_LIMIT)次上行之后没有收到下行回复,就会设置 ADR 请求响应位(将 ADRACKReq 设为1)。此时要求网络在接下来的 ADR_ACK_DELAY 次上行之内做出响应,在任何一次上行后收到下行数据,节点都会重置计数器 ADR_ACK_CNT。在此期间的下行数据不需设置ACK位,因为终端在等待接收期间收到任何应答都表示网关还能接收来自该设备的上行数据。如果在接下来 ADR_ACK_DELAY 次之内(比如:总共发送次数 ADR_ACK_LIMIT + ADR_ACK_DELAY)没有收到回复,就切换到更低的数据速率上,以获得更远的射频传输距离,并重复上述过程。终端设备每达到 ADR_ACK_DELAY 就会再次降低自己的数据速率。如果设备正在使用默认的数据速率就不再设置 ADRACKReq ,这种情况下传输距离已经最大,任何操作都不会有改善。

    7、CAD机制介绍

      7.1 空中唤醒技术

        在无线传感网络设计中,往往大部分的无线收发机节点都需要低功耗处理。为了降低功耗,只有通过减少无用的工作时间。在大多数的物联网应用中,无线通信时,射频部分大多数时间都处在接收状态,也是主要的能量消耗所在。而当在整个无线网络中数据量较少,但是节点又要随时准备接收数据。理想状态是,当有数据需要接收时,节点处于接收状态,无信息接收时,节点处于睡眠状态,这就需要空中唤醒技术。

        空中唤醒从现象上看,好像是发射机把接收机从睡眠中唤醒,实则不然,其实是接收机周期性自动醒来,查看空中有没有呼叫信号,如果没有,则继续睡眠;如果有,则被唤醒进入接收状态。因此,在空中没有呼叫信号时,接收机平均功耗较低。

        但是如何发现呼叫信号,传统的做法是通过设定RSSI阈值来判断,只有信号强度足够时才认为有效,唤醒节点,否则相反。随着扩频调制技术的应用,人们在确定可能低于接收机底噪声的信号是否已经使用信道时,面临重重挑战。这种情况下,使用RSSI无疑是行不通的。为了解决这个问题,可使用信道活动检测器来检测信号。

      7.2 CAD工作原理

        7.2.1 CAD工作流程

          从机设置好频率和扩频因子,开启CAD模式,当有匹配(相同的频率和扩频因子)的信号到来时,就会产生CADDetect中断,CADDone也会产生(无论是否有信号到来,都会产生CADDone中断)。如果检测到CADDetect中断说明有信号要接收,从机切换成接收模式接收数据,否则清除中断标志,等待下次检测。

        7.2.2 CAD周期计算

          发送方的前导码时间要大于CAD整个周期,这样才能保证接收方正常接收数据。CAD接收时间:Trec=(2^SF+32)/BW,整个CAD周期:Tcad=1.85*Trec。

        7.2.3 前导码时间计算

          Tpreamble=(Npreamble+4.25)*Tsym

          Tsym=1/Rs

          Rs=BW/(2^SF)

          当BW=125kHz,SF=7,Tpreamble=12.544ms

    8、MAC命令介绍

        网络管理时会在网络服务器和终端MAC层之间传输一系列MAC命令。MAC层命令对应用、应用服务器以及终端设备上的应用永不可见。

        一帧数据中可以包含任何MAC命令序列,MAC命令既可以放在FOpts中和正常数据一起发送;也可以放在FRMPayload中单独发送,此时FPort = 0,但不能同时在两个字段携带MAC命令。放在FOpts中的MAC命令不加密,并且不能超过15个字节。放在FRMPayload中的MAC命令必须加密,同时不能超过FRMPayload的最大长度。

        一条MAC命令由一个字节的命令ID(CID)和特定的命令序列组成,命令序列可以是空。常见命令如下表所示

    9、区域参数

        注意:第一个接收窗口(RX1)使用的频率、数据速率与上行传输时使用的频率、数据速率存在映射关系。第二个窗口根据每个地区定义有一个默认值,可以通过MAC命令修改。

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