Lorawan協(xié)議說明書(二)

1、第1章介紹本文檔描述了LoRaWA啊絡協(xié)議，是針對電池供電的終端設備（不管移動還是固定位置）進行優(yōu)化的一套網(wǎng)絡協(xié)議。LoRaWAN絡通常采用星型拓撲結(jié)構(gòu)，由拓撲中的網(wǎng)關(guān)來轉(zhuǎn)發(fā)終端與后臺網(wǎng)絡服務器間的消息。網(wǎng)關(guān)通過標準IP連接來接入網(wǎng)絡服務器，而終端則通過單跳的LoRa或者FSK來和一個或多個網(wǎng)關(guān)通訊。雖然主要傳輸方式是終端上行傳輸給網(wǎng)絡服務器，但所有的傳輸通常都是雙向的。終端和網(wǎng)關(guān)間的通訊被分散到不同的信道頻點和數(shù)據(jù)速率上。數(shù)據(jù)速率的選擇需要權(quán)衡距離和消息時長兩個因素，使用不同數(shù)據(jù)速率的設備互不影響。LoRa的數(shù)據(jù)速率范圍可以從0.3kbps到50kbps。為了最大程度地延長終端的電池壽命和擴

2、大網(wǎng)絡容量，LoRa網(wǎng)絡使用速率自適應（ADR）B制來獨立管理每個終端的速率和RF輸出。雖然每個設備可以在任意信道，任意時間，發(fā)送任意數(shù)據(jù)，但需要注意遵守如下規(guī)定：* 終端的每次傳輸都使用偽隨機方式來改變信道。頻率的多變使得系統(tǒng)具有更強的抗干擾能力。* 終端要遵守相應頻段和本地區(qū)的無線電規(guī)定中的發(fā)射占空比要求。* 終端要遵守相應頻段和本地區(qū)的無線電規(guī)定中的發(fā)射時長要求。twowinter注：發(fā)射占空比，意思是發(fā)射時長占總時長的比例。按照無線電規(guī)定，每個設備不能瘋狂發(fā)射霸占信道，總得給別人一點機會。這份文檔主要講述協(xié)議細節(jié)，一些基于各地區(qū)規(guī)定的操作參數(shù)，例如發(fā)射占空比和發(fā)射時長等，在另一份文檔L

3、oRaWAN區(qū)參數(shù)中做具體描述。將這份文檔分開，是為了加入新地區(qū)參數(shù)時不影響基礎(chǔ)的協(xié)議規(guī)范。I.ILoRaWANCIasses所有的LoRaWAN備都必須至少實現(xiàn)本文檔描述的ClassA功能。另外也可以實現(xiàn)本文檔中描述的ClassB和ClassC及后續(xù)將定義的可選功能。不管怎么樣，設備都必須兼容ClassA。1.2文檔約定MAg令的格式寫作LinkCheckReq（粗斜體），位和位域的格式寫作FRMPayload（粗體），常量的格式寫作RECEIVE_DELAY變量的格式寫作N。在本文檔中，*所有多字節(jié)字段的字節(jié)序均采用小端模式?EUI是8字節(jié)字段，采用小端模式傳輸?默認所有RFU呆留位都設為

4、0第2章LoRaWANClasse騏型介紹LoRa是由Semtech面向長距離、低功耗、低速率應用而開發(fā)的無線調(diào)制技術(shù)。本文檔中，將ClassA基礎(chǔ)上實現(xiàn)了更多功能的設備稱為“更高class終端”。2.1LoRaWANClassesLoRa網(wǎng)絡包含基礎(chǔ)LoRaWAN（稱之為ClassA）和可選功能（ClassB,ClassC）:868433915430圖I.LoRaWANCIasses?雙向傳輸終端（ClassA）:ClassA的終端在每次上行后都會緊跟兩個短暫的下行接收窗口，以此實現(xiàn)雙向傳輸。傳輸時隙是由終端在有傳輸需要時安排，附加一定的隨機延時（即ALOHA、議）。這種ClassA操作是最

5、省電的，要求應用在終端上行傳輸后的很短時間內(nèi)進行服務器的下行傳輸。服務器在其他任何時間進行的下行傳輸都得等終端的下一次上行。?劃定接收時隙的雙向傳輸終端（ClassB）:ClassB的終端會有更多的接收時隙。除了ClassA的隨機接收窗口，ClassB設備還會在指定時間打開別的接收窗口。為了讓終端可以在指定時間打開接收窗口，終端需要從網(wǎng)關(guān)接收時間同步的信標Beacon。這使得服務器可以知道終端正在監(jiān)聽。*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。ClassC的終端會比ClassA和ClassB?更加耗電，但同時從服務器下發(fā)給終

6、端的時延也是最短的。2.2文檔范圍這份LoRaWAN議還描述了與ClassA不同的其他Class的額外功能。更高Class的終端必須滿足ClassA定義的所有功能。注意：物理層幀格式，MACM格式，以及協(xié)議中更高class和ClassA相同的內(nèi)容都寫在了ClassA部分，避免內(nèi)容重復。第3章PHY#格式LoRa有上行消息和下行消息3.1上行消息上行消息是由終端發(fā)出，經(jīng)過一個或多個網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡服務器。上行消息使用LoRa射頻幀的嚴格模式，消息中含有PHD用口PHDR_CR啖荷有CRC驗來保證完整性。PHDRPHDR_CRC載荷CR<M者口通過射頻收發(fā)器力口入上行PHY:PreambleP

7、HDRPHDR_CRCPHYPayloadCRC圖2.上行PHY#格式3.2 下行消息下行消息是由網(wǎng)絡服務器發(fā)出，經(jīng)過單個網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給單個終端。下行消息使用射頻幀的嚴格模式，消息中包含PHD序口PHDR_CRC下行PHY:PreamblePHDRPHDR_CRCPHYPayload圖3.下行PHY#格式3.3 接收窗口每個上行傳輸后終端都要開兩個短的接收窗口。接收窗口開始時間的規(guī)定，是以傳輸結(jié)束時間為參考。4.終端接收時隙的時序圖331第一接收窗口的信道，數(shù)據(jù)速率和啟動。第一接收窗口RG1使用的頻率和上行頻率有關(guān)，使用的速率和上行速率有關(guān)。RG1是在上行調(diào)制結(jié)束后的RECEIVE_DELAY1打

8、開。上行和RG1時隙下行速率的關(guān)系是按區(qū)域規(guī)定，詳細描述在LoRaWAN區(qū)參數(shù)文件中。默認第一窗口的速率是和最后一次上行的速率相同。3.3.2 第二接收窗口的信道，數(shù)據(jù)速率和啟動。第二接收窗口RG2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RECEIVE_DELAY2打開。頻率和數(shù)據(jù)速率可以通過MAC令（見第5章）。默認的頻率和速率是按區(qū)域規(guī)定，詳細描述在LoRaWA隨區(qū)參數(shù)文件中。3.3.3 接收窗口的持續(xù)時間接收窗口的長度至少要讓終端射頻收發(fā)器有足夠的時間來檢測到下行的前導碼。3.3.4 接收方在接收窗口期間的處理如果在任何一個接收窗口中檢測到前導碼，射頻收發(fā)器需要繼續(xù)激活，直

9、到整個下行幀都解調(diào)完畢。如果在第一接收窗口檢測到數(shù)據(jù)幀，且這個數(shù)據(jù)幀的地址和MIC校驗通過確認是給這個終端，那終端就不必開啟第二個接收窗口。3.3.5 網(wǎng)絡發(fā)送消息給終端如果網(wǎng)絡想要發(fā)一個下行消息給終端，它會精確地在兩個接收窗口的起始點發(fā)起傳輸。336接收窗口的重要事項終端在第一或第二接收窗口收到下行消息后，或者在第二接收窗口階段，不能再發(fā)起另一個上行消息3.3.7 其他協(xié)議的收發(fā)處理節(jié)點在LoRaWAN發(fā)窗口階段可以收發(fā)其他協(xié)議，只要終端能滿足當?shù)匾笠约凹嫒軱oRaWAN議。2梳理解析LoRaWAN3章，主要是講了接收窗口這回事，只要記住張圖就行。目前RG1一般是在上行后1秒開始，RG2在

10、上行后2秒開始。3源碼分析3.1 源碼流程在梳理這章節(jié)的對應代碼時，自己手動做了張思維導圖。有時是這樣，代碼再有層次感,也不及一個圖。好，請收下。3.2 發(fā)送完成就開始RG1和RG碇時staticvoidOnRadioTGDone(void)/Setuptimersif(lsRGWindowsEnabled=true)TimerSetValue(&RGWindowTimer1,RGWindow1Delay);TimerStart(&RGWindowTimer1);if(LoRaMacDeviceClass!=CLASS_C)TimerSetValue(&RGWindow

11、Timer2,RGWindow2Delay);TimerStart(&RGWindowTimer2);if(LoRaMacDeviceClass=CLASS_C)|(NodeAckRequested=true)TimerSetValue(&AckTimeoutTimer,RGWindow2Delay+ACK_TIMEOUT+randr(-ACK_TIMEOUT_RND,ACK_TIMEOUT_RND);TimerStart(&AckTimeoutTimer);3.3 接收窗口的射頻處理從上面一步，我們已經(jīng)清晰的知道，對應的處理肯定是在OnRGWindowlTimerEv

12、ent和OnRGWindow2TimerEvent中。這兩個接收窗口的處理，會對速率和信道進行設置，按照LoRaWAN、議中文版一配套文件地區(qū)參數(shù)(物理層)中對各地區(qū)的要求分別進行處理比如這個470的處理，對上行信道對48取余得到下行信道。RGWindowSetup(LORAMAC_FIRST_RG1_CHANNEL+(Channel%48)GLORAMAC_STEPWIDTH_第4章MA顫格式LoRa所有上下行鏈路消息都會攜帶PHY載荷，PH彼荷以1字節(jié)MAC<(MHDR開始，緊接著MACH荷(MACPayload),最后是4字節(jié)的MA飯驗碼(MIC)。射頻PHYg:PreambleP

13、HDRPHDR_CRCPHYPayloadCRC圖5.射頻PHY結(jié)構(gòu)(注意CRC只有上行鏈路消息中存在)PHY載荷:MHDRMACPayloadMIC或者或者MHDRJoin-ResponseMIC圖6.PHY載荷結(jié)構(gòu)MAC1荷：FHDRFPortFRMPayload圖7.MAC載荷結(jié)構(gòu)MHDRJoin-RequestMICFHDR:DevAddrFCtrlFCntFOpts1圖8.幀頭結(jié)構(gòu)圖9.LoRa幀格式元素(即圖58)4MIC4.1MAC層(PHYPayload)Size(bytes)11.MPHYPayloadMHDRMACPayloadMACPayload字段的最大長度M在第6章有詳細說明。Bit#7.54.21.0MHDRbitsMTypeRFUMajorMA3中指定了消息類型（MType和幀編碼所遵循的LoRaWAN!范的主版本號（Major）421消息類型（MTypeB字段）LoRaWAN義了六個不同的MAC消息類型：joinrequestjoinaccept,unconfirmedda