隨著物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)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(yè)者全方位了解LoRaWAN。

　　 一、LoRaWAN是什么

　　 LoRaWANLoRaWAN是為LoRa遠距離通信網(wǎng)絡設計的一套通訊協(xié)議和系統(tǒng)架構。它定義了數(shù)據(jù)在LoRaWAN網(wǎng)絡里是怎樣傳輸?shù)?/span>(這里的網(wǎng)絡指的是節(jié)點、網(wǎng)關和服務器)，定義了消息的類型，數(shù)據(jù)幀結構和安全加密方法;并且介紹了入網(wǎng)的具體操作，說明了主從機之間的區(qū)別。

協(xié)議層次圖

　　LoRaWAN在協(xié)議和網(wǎng)絡架構的設計上，充分考慮了節(jié)點功耗，網(wǎng)絡容量，QoS，安全性和網(wǎng)絡應用多樣性等幾個因素。

　　二、LoRaWAN 網(wǎng)絡架構

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

      可以看到一個LoRaWAN網(wǎng)絡架構中包含了終端、基站、NS(網(wǎng)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(wǎng)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(jié)，你會發(fā)現(xiàn)終端節(jié)點可以同時發(fā)給多個基站?；緞t對NS和終端之間的LoRaWAN協(xié)議數(shù)據(jù)做轉發(fā)處理，將LoRaWAN數(shù)據(jù)分別承載在了LoRa射頻傳輸和Tcp/IP上。

　　下面結合下行業(yè)生態(tài)再來看下這個網(wǎng)絡架構，大家可以有更深的認知。

      三、協(xié)議概述

　　1、終端節(jié)點的分類

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

      2、終端節(jié)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 和 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(jié)點的加網(wǎng)

　　搞明白了基礎概念之后，就可以了解節(jié)點如何工作了。在正式收發(fā)數(shù)據(jù)之前，終端都必須先加網(wǎng)。

　　有兩種加網(wǎng)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(wǎng)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(shù)。

       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(jiān)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(fā)起加網(wǎng)join流程后，發(fā)出加網(wǎng)命令，NS(網(wǎng)絡服務器)確認無誤后會給終端做加網(wǎng)回復，分配網(wǎng)絡地址 DevAddr(32位ID)，雙方利用加網(wǎng)回復中的相關信息以及AppKey，產(chǎn)生會話密鑰NwkSKey和AppSKey，用來對數(shù)據(jù)進行加密和校驗。

　　如果是采用第二種加網(wǎng)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(shù)，不再需要join流程。在這種情況下，這個設備是可以直接發(fā)應用數(shù)據(jù)的。

　　4、 數(shù)據(jù)收發(fā)

　　加網(wǎng)之后，應用數(shù)據(jù)就被加密處理了。

　　LoRaWAN規(guī)定數(shù)據(jù)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(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸互不影響。

　　為了擴大LoRaWAN網(wǎng)絡容量，在協(xié)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(jù)傳輸狀況，盡可能使用最快的數(shù)據(jù)速率。這樣也使得整體的數(shù)據(jù)傳輸更有效率。

　　6、 MAC命令

　　針對網(wǎng)絡管理需要，在協(xié)議上設計了一系列的MAC命令，來修改網(wǎng)絡相關參數(shù)。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(lián)網(wǎng)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(fā)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。