講義lorawan協(xié)議-中文版

TableofCLASSAALLEND-DEVICE第4章MAC幀格式MACMAC頭(MHDR字段MAC載荷幀頭端口字段MAC幀載荷加密消 LinkCheck(LinkCheckReq

LinkADR命令(LinkADRReq終端發(fā)射占空比(DutyCycleReq接收窗口參數(shù),信道的創(chuàng)建和修改(NewChannelReqNewChannelAnsDlChannelReq,TXRX之間的延時設(shè)置(RXTimingSetupReq,

應(yīng)用密鑰Join-requestJoin-acceptCLASSBBEACON第8ClassB第9章下行同步網(wǎng)絡(luò)的原理第11ClassB模式的下行幀(ClassB選項(xiàng)第12章信標(biāo)的獲得和追蹤第14ClassBMACBeaconFreReqMAC第15章信標(biāo)(ClassB選項(xiàng))

第16ClassB單播/多播下行信道頻率

902-928MHzISMCLASSCCONTINUOUSLYLISTENINGClassCClassC

項(xiàng)目項(xiàng)目采用gitbook進(jìn)行編寫，地址在https 項(xiàng)目其他版本待新建分支來跟進(jìn)。大家可持續(xù)關(guān)注倉庫地址貢獻(xiàn)者介了CLASSB等主要章節(jié)的翻譯，在此表示感謝?；锇樘峁┓€(wěn)定可靠的LoRa模組、終端、網(wǎng)關(guān)系列產(chǎn)品，同時還提供消防、電力、水利第1息。網(wǎng)關(guān)通過標(biāo)準(zhǔn)IPLoRaFSK來和一個終端和網(wǎng)關(guān)間的通訊被分散到不同的信道頻點(diǎn)和數(shù)據(jù)速率上。數(shù)據(jù)速率的選擇需衡通信0.3kbps到50kbps。為了最大程度地延長終端的電池和擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量，LoRa網(wǎng)絡(luò)使用速ClassBClassC及后續(xù)將定義的可選功能。但是在任何情況下，設(shè)備都必須兼容ClassA。的格式為RECEIVE_DELAY1(非粗非斜體)，變量的格式為N(斜體)。EUI是8字節(jié)字段，采用小端模式傳輸?shù)?LoRaWANClasses類型介ClassA基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了功能的設(shè)備稱為“更高class終端”雙向傳輸終端(CssA)：CassALHA協(xié)議)lasA劃定接收時隙的雙向傳輸終端(ClassB)：ClassB的終端會有的接收時隙。除了ClassA的隨機(jī)接收窗口，ClassB設(shè)備還會在指定時間打開別的接收窗口。為了讓終端服務(wù)器可以知道終端何時處于狀態(tài)。最大化接收時隙的雙向傳輸終端(ClassC)：ClassC的終端基本是一直打開著接收窗口，只在發(fā)送時短暫關(guān)閉。ClassCClassAClassB更加耗電，但同時從須滿足ClassA定義的所有功能。在了ClassA部分，避免內(nèi)容重復(fù)。CLASSAALLEND-DEVICECLASSA-ALLEND-第3PHY幀格上行PHY:下行PHY:RECEIVE_DELAY1秒（20微秒）RX1時隙下行速率的關(guān)系第二接收窗口RX2使用一個固定可配置的頻率和數(shù)據(jù)速率，在上行調(diào)制結(jié)束后的M第4章MAC幀格Size14MHDRLoRaWAN定義了六個不同的MAC消息類型：joinrequestjoinacceptunconfirmeddataup/down,以及confirmeddataup/down。JoinJoinUnconfirmedDataUnconfirmedDataConfirmedDataConfirmedDataJoin-requestandjoin-acceptDataDatamessages用來傳輸MAC命令和應(yīng)用數(shù)據(jù)，這兩種命令也可以放在單個消息中發(fā)送。Confirmed-datamessageUnconfirmed-datamessage接收者則不需要應(yīng)Proprietarymessages用來處理非標(biāo)準(zhǔn)的消息格式，不能和標(biāo)準(zhǔn)消息互通，只能用來和注意：Major定義了激活過程中(joinprocedure)使用的消息格式（見章節(jié)6.2）和MAC幀頭4127654FCtrl7654FCtrl數(shù)據(jù)速率。這就是自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率(AdaptiveDataRate(ADR))。當(dāng)這個使能時，網(wǎng)絡(luò)會優(yōu)化端延長電池和擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量。 T計(jì)數(shù)。如果直到ADR_ACK_LIMIT次上行( >= T>=ADR_ACK_LIMIT并且當(dāng)前數(shù)據(jù)速率比設(shè)備的最小數(shù)據(jù)速率高，就要設(shè)置ADRACKReq，其它情況下不需要。消息應(yīng)答位及應(yīng)答流程(ACKin幀掛起位(FPendinginFCtrl只在下行有效幀計(jì)數(shù)器網(wǎng)成功后，終端和服務(wù)端的上下行幀計(jì)數(shù)同時置0。每次發(fā)送消息后，發(fā)送端與之對應(yīng)的 T_GAP（要考慮計(jì)數(shù)器滾動），接收方就按接 Y_GAP就說明中間丟失了很多數(shù)據(jù)，16位幀計(jì)數(shù)，F(xiàn)Cnt字段的值可以使用幀計(jì)數(shù)器的值，此時有需要的話通過面填充0（值為0）字節(jié)來補(bǔ)足；如果采用32位幀計(jì)數(shù)，F(xiàn)Cnt就對應(yīng)計(jì)幀可選項(xiàng)(FOptsLeninFCtrlFOpts)FCtrl字節(jié)中的FOptsLen位字段描述了整個FRMPayload只包含了MAC命令；具體見章節(jié)4.4中的MAC命令。FPort的數(shù)值從1到NNM1FHDR長度M是MACK0列Ai，i從1到k，k=ceil(len(pld)/16)：14144114xFCntUpori.Si=aes128_encrypt(K,Ai)fori=1..kS=S1|S2|..|消息msgMHDR|FHDR|FPort|FRMPayloadcmac=aes128_cmac(NwkSKey,B0|msg)MIC=14144114xFCntUpor第5章MAC命) xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxLinkCheck(LinkCheckReqSize11t解調(diào)預(yù)算(Margin)是一個范圍為0~254的8位無符號整數(shù)，表示成功接收的上進(jìn)行接收(0dB或者沒有預(yù)算)，當(dāng)Margin值為"20"時則意味著數(shù)據(jù)幀到達(dá)在解調(diào)水平之上 LinkADR命令(LinkADRReq,Size121LinkADRReq所請求的數(shù)據(jù)速率(DataRate)和(TXPower)是根據(jù)區(qū)域規(guī)定，體現(xiàn)在LoRaWAN協(xié)議中文版_配套文件地區(qū)參數(shù)(物理層)中。命令中的字段指的是設(shè)備可操作的最大發(fā)射功率。如果命令中的高于終端實(shí)際的最大值，終端也要應(yīng)答成功，這種情況下，將終端的盡可能提高到最大值。信道掩碼(ask)字段指示了上行鏈路的可Usable0Channel1ChannelChannel7Redundancy字段中的NbTrans位域，指的是每個上行消息的發(fā)送次數(shù)，這僅對"unconfirmed"消息有作用。這個字段的默認(rèn)值為1，相對應(yīng)的是每個數(shù)據(jù)幀只進(jìn)行單次傳輸，有效范圍是[1:15]。如果收到NbTrans==0，終端需要使用默認(rèn)值。這個位域可以被息則不再進(jìn)行任何重傳。對于ClassA設(shè)備，RX2時隙的接收也是一樣處理。LoRaWAN協(xié)議中文版_配套文件地區(qū)參數(shù)(物理層)中。NS(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器)可能會在單個下行幀中包含多個LinkAdrReq命令。終端為了配置channel能會接收或者命令塊中所有channelmask的控制，在逐個LinkAdrAns命令塊中體現(xiàn)連ChannelMaskACKchannelmaskLinkAdrAnsACK狀態(tài)，來指示對這些最終設(shè)Size1LinkADRAns210StatusPowerDatarateChannelmaskBit=Bit=功解析，已按照mask設(shè),Size1DutyCycleReqSize137RX2DataRate位域定義了第二接收窗口的下行鏈路數(shù)據(jù)速率，遵循與LinkADRReq命令相同到一個ClassA類型的下行鏈路數(shù)據(jù)幀。這樣就可以保證即使在上行鏈路幀丟失的情況之下，Size1210StatusRX2DataRateChannelBit=Bit=rate終端狀態(tài)(DevStatusReqDevStatusReq命令，NS(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器)可以獲取終端的狀態(tài)信息。該命令無載荷。一旦終端收到DevStatusReq命令，則會回復(fù)DevStatusAns命令。Size110整數(shù)值，單位為dB）。它是6位的有符號整數(shù)（最小值為-32，最大值為31）。Status信道的創(chuàng)建和修改(NewChannelReqNewChannelAns,DlChannelReq,DlChannelAns)Size131能必須超過16個信道定義。re4（10×re），H10Hzr可以設(shè)置從00Hz167Hz之間的信道頻率，但必須以0Hz(（10×re））Size110DataraterangeChannelfrequencyBit=Bit=Dataraterange具體詳見《LoRaWANRegionalParameters[PARAMS]》。Size13Size110Bit=Bit=TXRX之間的延時設(shè)置(RXTimingSetupReq,Size101112233,該命令只需要在特定的可調(diào)節(jié)地區(qū)進(jìn)行使用。具體請參考《LoRaWANRegionalParametersKevinCaoEIRP解釋：為無線電發(fā)射機(jī)供給天線的功率與在給定方向上天線絕對增增益方向上的。Pt表示發(fā)射機(jī)的，Gt表示發(fā)射天線的天線增益。在無Size15401234567898CodedDwell0No400第6章終端的激活有兩種方式，一種是空中激活Over-The-AirActivation(OTAA)，當(dāng)設(shè)備部署和重置時使用;另一種是獨(dú)立激活A(yù)ctivationBy alization(ABP)，此時初始化和激活這兩步twowinterABP這個詞不太好翻譯，通常會翻成個性化激活，也就是通過獨(dú)立配語義上更有并列感。當(dāng)然這是我的感覺，建議大家和交流時，還是說ABP激活終端地址DevAddr應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)會話密鑰應(yīng)用會話密鑰息，則每次必須重新進(jìn)行一次加網(wǎng)流程。加網(wǎng)流程需要終端準(zhǔn)備好如下這三個參數(shù)：應(yīng)用密鑰joinacceptJoin-requestSize882Joinjoin-request消息包含了AppEUI和DevEUI，后面還跟了2個字節(jié)的DevNonce備發(fā)出相同的DevNonce的joinrequest就會忽略。cmac=aes128_cmac(AppKey,MHDR|AppEUI|DevEUI|DevNonce)MIC=Join-accept如果網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器準(zhǔn)許終端加入網(wǎng)絡(luò)，就會用join-acceptjoin-request進(jìn)行應(yīng)答。join-accept是作為一個普通下行幀進(jìn)行下發(fā)的，唯一的區(qū)別是它使用的是數(shù)文件[PARAMS]"接收窗口"部分所描述的RX1和RX2接收窗口相同。join-accept消息的幀格式包括3字節(jié)的應(yīng)用隨機(jī)數(shù)(AppNonce)，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符(NetID)，終端表(CFList)。CFListLoRaWAN地區(qū)參數(shù)文件[PARAMS]中進(jìn)行33411NwkSKeyNwkSKey=aes128_encrypt(AppKey,0x01|AppNonce|NetID|DevNonce|pad16)AppSKey=aes128_encrypt(AppKey,0x02|AppNonce|NetID|DevNonce|pad16cmaccmac=aes128_cmac(AppKey,MHDR|AppNonce|NetID|DevAddr|DLSettings|RxDelay|CMIC=aes128_decrypt(AppKey,aes128_decrypt(AppKey,AppNonce|NetID|DevAddr|DLSettings|RxDelay|CFList|MI注意:網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器在ECB模式下使用一個AES操作去對join-accept消息進(jìn)行加AES加密而不是AES。的7個最高有效位相對應(yīng)。保留的17個最高有效位可以由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商進(jìn)行。7RX2Datajoinrequestjoinaccept的加網(wǎng)每個終端必須要有唯一的NwkSKey和AppSKey。這樣，一個設(shè)備的密鑰被也不會造成其他設(shè)備的安全性。創(chuàng)建那些密鑰的過程中，密鑰不允許通過公開可用信息獲得(例如節(jié)第7章復(fù)位MAC層。T0<t<T0+1<t<T0+11+N<t<T0+35+N，CLASSBBEACONCLASSB–第8第8ClassB介這章描述了LoRaWANClassB層，這是為電池節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的，不管節(jié)點(diǎn)是移動的還是固定ClassB的終端必須執(zhí)行如下操作，為了獲得服務(wù)端發(fā)起的下行消息，終端必須按要求開啟一LoRaWANClassA的限制之一就是終端發(fā)送數(shù)據(jù)使用的Aloha算法；這使得客戶應(yīng)用程序或者服務(wù)端不能在確定時間內(nèi)聯(lián)系上終端。ClassB的目的就是在ClassA終端隨機(jī)上行后的接收窗口之外，讓終端也能在可預(yù)見的時間內(nèi)開啟接收。ClassB是讓網(wǎng)關(guān)周期發(fā)送信標(biāo)來同步注意：是否要從ClassAClassB，這個要在終端的應(yīng)用層進(jìn)行處理。如果打算從網(wǎng)絡(luò)端將ClassAClassBClassA的上行包來反饋一個下行包給節(jié)點(diǎn)，需要應(yīng)用層上處理來識別這個請求-這個處理不在LoRaWAN層面。第9章下行同步網(wǎng)時間?；谶@個時間參考，終端可以周期性地打開接收窗口，下文稱之為“slot”，這個“slot”被網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者用于發(fā)起下行通信。網(wǎng)絡(luò)使用slots其中之一來發(fā)起下行通訊的行為，稱之為“”。用來發(fā)起下行通訊的網(wǎng)關(guān)，是networkserver根據(jù)終端最近一次上行包網(wǎng)關(guān)發(fā)生了變化)，它必須發(fā)出上行幀給networkserver，以使server端更新下行路徑的數(shù)據(jù)所有終端啟動后，以ClassA來加入網(wǎng)絡(luò)。之后終端應(yīng)用層可以切換到ClassB。通過以下步驟終端應(yīng)用層請求LoRaWAN層切換到ClassB模式。終端的LoRaWAN層搜索信標(biāo)幀，如果用稍后介紹的“BeaconTimingReq”消息?；谛艠?biāo)的強(qiáng)度和電池，終端的應(yīng)用層選擇slot所需的數(shù)據(jù)速率和周期，這可以一旦處于ClassB模式，MAC層需要在所有上行幀的FCTRL字段中，將ClassB的位域置為1。這個位用來通知server，設(shè)備已經(jīng)切換到ClassB模式。MAC層會給每個beacon和需要考慮可能的最大時鐘偏移。當(dāng)在時隙成功解調(diào)出下行幀，它的處理和ClassA的LoRaWAN層需要將ClassB的位域置為1。如果應(yīng)用程序通過解析beacon內(nèi)容來判斷節(jié)時一段時間(具體見章節(jié)15.5)再上行，避免上行幀。B的位域，用以通知networkserverClassB模式。終端的應(yīng)用程序可以周期性地嘗試切換回ClassB。在做這個處理時要先探尋下beacon。在這個示例中，指定beacon周期是128秒，接收時隙的周期是32秒。大部分時候server并沒有使用時隙，因此終端可以在接入信道時下是否有前導(dǎo)碼，如果沒有則立即關(guān)閉接第10ClassB7654FCtrlClass下行幀的FPending位域的定義是不變的，仍然和ClassA的定義一樣，表示server有多個下行第11ClassB模式的下行幀(ClassB選項(xiàng)信息的方式可以是“單播”或者“多播”。單播是指將信息傳遞給一個指定的終端，多播是指將信息傳遞給多個終端。多播組內(nèi)的所有終端都必須共個相同的多播地址和相關(guān)的加密密鑰。LoRaWANClassB協(xié)議中并沒有明確規(guī)定如何去建立這樣的多播組，以及如何安全地單播下行幀的MAC載荷格式和ClassA的定義一樣。終端的處理也采用相同的方式。同時也采用相同的幀計(jì)數(shù)，在收到ClassB時隙或者ClassA應(yīng)答時隙時都進(jìn)行遞增處ACKADRACKReq0。MType字段必須為“UnconfirmedDataDown”。第12章信標(biāo)的ClassB模式的設(shè)備也許會短暫性地?zé)o法接收信標(biāo)(超出與網(wǎng)關(guān)的通信范圍，存在干擾，...）在這種情況之下，終端必須考慮它內(nèi)部時鐘可能產(chǎn)生的漂移，逐步地加大信標(biāo)和時隙的接收ClassBClassB“beacon-less”操作。這種情況“beacon-less”的情況下，單播、多播還有信標(biāo)接收時隙都必須逐步地?cái)U(kuò)大接收窗口時間以時鐘頻率的確性。由于定時振蕩器會表示出可預(yù)知的溫度漂移，因此使用溫度傳感器可第13ClassB間間隔的起始端對齊。每個信標(biāo)都有一個保護(hù)時間間隔，在該時間間隔之內(nèi)是沒有時隙時隙內(nèi)發(fā)起的下行數(shù)據(jù)幀總是有時間去完成傳輸而不與信標(biāo)的傳輸發(fā)生。因此用于時隙的時間間隔是從BEACON_時間間隔的末尾節(jié)點(diǎn)到下BEACON_GUARD121282.1203.000Beacon-122.88012TonTon= +N*N最后一個時隙時段(編號為4095)的開始時間是在beaconstart后的beacon_+4095*30ms=124970ms或者下一個信標(biāo)開始前的3030ms。每個信標(biāo)周期的時隙數(shù)量。必須為2的整數(shù)冪：Nb=2^k,1<=k<=7<=""td="">設(shè)備喚醒接收所間隔的時隙周期，其單位是時隙數(shù)量：Period=2^12/NbKeyKey=16xRand=aes128_encrypt(Key,beaconTime|DevAddr|pad16)Offset=(Rand[0]+Rand[1]x256)modulo 信標(biāo)周期所使用的時隙是OffsetOffset+N PeriodwithN= Nb-因此節(jié)點(diǎn)打開接收時隙的時間是First+OffsetxSlot+OffsetPeriod)xSlot+Offset+2Period)x當(dāng)一個多播時隙和一個單時隙發(fā)生并且終端接收窗口無法進(jìn)行處的情況之下，終端應(yīng)該優(yōu)先多播時隙的據(jù)。如果播接收時隙之間發(fā)生了，則前個多播幀的e位就可以用于設(shè)置優(yōu)先級處理。第14ClassBMac所有在ClassA協(xié)議中描述令都應(yīng)該在ClassB中實(shí)現(xiàn)。ClassB協(xié)議還額外添加了如下的MAC命令。x終端設(shè)備用于將單播時隙數(shù)據(jù)速率xxxxxxx14.1終端可以使用SlotInfoReq命令來告知服務(wù)器它的單播時隙周期以及期望的數(shù)據(jù)速率。這個命令只能用于告知服務(wù)器單播時隙的參數(shù)。多播時隙完全由應(yīng)用程序進(jìn)行1Periodicity&data7Periodicity&dataDataSlotPeriodSlotPeriod2^Periodicity(單位是Periodicity=0表示終端每1s打開一個時隙Periodicity=7表示終端每128s打開一個時隙，這是LoRaWANClassB協(xié)議中所支持的最大時隙周期。Datarate字段表示終端期望收到時隙的數(shù)據(jù)率。它使用的編碼方式與ClassA協(xié)議中服務(wù)器需要知道終端的時隙周期或者期望的數(shù)據(jù)率，否則ClassB的下行將不會成功。因此終端在SlotInfoReq命令發(fā)出之后必須收到SlotInfoAns命令的回復(fù)才能從ClassA切換到ClassB。當(dāng)終端需要改變時隙周期以及數(shù)據(jù)率時，需要先恢復(fù)到Class就可以使用新的參數(shù)切換回ClassB模式。SlotInfoReq命令可以和FHDRFOpt字段里的任何MAC命令進(jìn)行連接，如ClassA協(xié)議中的幀格式所述。14.23Frequency是24位的無符號整數(shù)。實(shí)際的信標(biāo)信道頻率是100xFrequency,單位Hz。信標(biāo)的100Hz100MHz1.67GHz之間。終端必須檢查該頻率是信標(biāo)(即ISM頻段)。14.331Frequency是24位的無符號整數(shù)。實(shí)際的信標(biāo)信道頻率是100xFrequency,單位Hz。信標(biāo)的MaxdataMindata按照LoRaWAN地區(qū)參數(shù)文件[PARAMS]的定義，“Mindatarate”字段指定了信道允許的最低數(shù)據(jù)率。例如0在歐盟物理層中指定DR0/125kHz。類似的，“Maxdatarate”指定了最高數(shù)據(jù)率。例如在歐盟規(guī)范中，DrRange0x77意味著在信道上只允許50kpbs110DataraterangeChannelfrequencyBit=Bit=Dataraerange14.4BeaconTimingReq命令之后立刻收到BeaconTimingAns命令的應(yīng)答。想要切換到ClassB模式的處于ClassA模式的終端一小時之內(nèi)不應(yīng)該發(fā)送超過一個BeaconTimingReq命令。14.521剩余時間記為RTime:30ms30msx(Delay+1)>RTime>=30msx式進(jìn)行發(fā)送，即沒有LoRa物理幀頭和CRC校驗(yàn)。信標(biāo)使用下面的設(shè)置進(jìn)行傳送31編碼率這是推薦的允許+27dBmEIRP3417234172902-928MHzISM頻段信標(biāo)使用下面的設(shè)置進(jìn)行傳送1編碼率ChannelChannel=[floor(beacon_time/beacon_preiod)]moduloBeaconchannel01234567信標(biāo)幀的內(nèi)容如下3427123472戳Time(單位為s)，這個時間戳是從的CoordinatedUniversalTime(UTC)00:00:00開始計(jì)時的。信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的公共部分的完整性由8位或者16位的CRC來進(jìn)行保護(hù)，是8位還是16位取決于PHY層參數(shù)。CRC-16是在IEEE802.15.4-200部分所定義AAAABBCC|000002CC|7E|00|012000|008103|DE0NetID的7個最低有效位被稱之為NwkID，與終端短地址的7位最高有效位相匹配。相鄰的或者的網(wǎng)絡(luò)必須有不同的NwkID。0AAAABBCC|000002CC|7EC8|00|012000|008103|00|50和同步網(wǎng)絡(luò)的公共部分足以在ClassB模式去操作一個固定的終端。一個移動的終端也應(yīng)絡(luò)公共部分來說，即使一個終端同時從多個網(wǎng)關(guān)接收信標(biāo)，的終端也不存在明顯的空中。至于網(wǎng)關(guān)的特定部分，當(dāng)發(fā)生時，位于多個網(wǎng)關(guān)附近的一個終端仍然有能力以高概率去最強(qiáng)的信標(biāo)。16012網(wǎng)關(guān)GPS坐標(biāo):InfoDesc0，1或者33信標(biāo)從CoordinatedUniversalTime(UTC) 年月日:00:00加上NwkID年月日:00:00Btk*128NwkIDTBeaconDelay的時間點(diǎn)進(jìn)行發(fā)送。k是最小的整數(shù):k*128+NwkID>TKva注1均勻性和長期變慢性（，會使世界時（民用時