记：lorawan协议

lorawan协议介绍

lora是由Semtech面向长距离、低功耗、低速率应用而开发的无线调制技术。

LoRaWAN网络通常采用星型拓扑结构， 由拓扑中的网关来转发终端与后台网络服务器间的消息。 网关通过标准IP连接来接入网络服务器， 而终端则通过单跳的 LoRa 或者 FSK 来和一个或多个网关通讯。 虽然主要传输方式是终端上行传输给网络服务器， 但所有的传输通常都是双向的。LoRa的数据速率范围可以从 0.3kbps 到 50kbps。

为了最大程度地延长终端的电池寿命和扩大网络容量， LoRa网络使用速率自适应(ADR)机制来独立管理每个终端的速率和RF输出。

每个设备可以在任意可用的信道， 任意时间， 使用任意数据速率发送数据， 只要遵守如下规定：

终端的每次传输都使用伪随机方式来改变信道。 频率的多变使得系统具有更强的抗干扰能力。

终端要遵守相应频段和本地区的无线电规定中的最大发射占空比要求。

终端要遵守相应频段和本地区的无线电规定中的最大发射时长要求。

发射占空比： 发射时长占总时长的比例。 按照无线电规定， 每个设备不能持续占用信道， 通过最大发射占空比来限制终端占用信道的时间。 例如某终端发送某数据时的发射时长为1s， 当地无线电规定中的最大发射占空比为1%， 则该终端需要等候99s才能进行下一次的发射。

lorawan classes

Class A、Class B、Class C

所有的lorawan设备都必须实现Class A功能。Class B和Class C可选（即使如此，设备在任何情况下都必须兼容Class A）。

Class A（双向传输终端）： Class A 的终端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。 终端基于自身通信需求来安排传输时隙， 在随机时间的基础上具有较小的变化(即ALOHA协议)。 这种Class A 操作为应用提供了最低功耗的终端系统， 只要求应用在终端上行传输后的很短时间内进行服务器的下行传输。 服务器在其他任何时间进行的下行传输都得等终端的下一次上行。

Class B（划定接收时隙的双向传输终端）： Class B 的终端会有更多的接收时隙。 除了Class A 的随机接收窗口， Class B 设备还会在指定时间打开别的接收窗口。 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(Beacon)。 这使得服务器可以知道终端何时处于监听状态。

Class C（最大化接收时隙的双向传输终端）： 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， 但同时从服务器下发给终端的时延也是最短的。

Class A

PHY帧格式

上行消息

上行消息是由终端发出， 经过一个或多个网关转发给网络服务器。

上行消息使用lora射频帧的严格模式，消息中含有PHDR和PHDR_CRC。载荷有CRC校验来保证完整性。

PHDR、PHDR_CRC、CRC都通过射频收发器加入。

格式如下：

Preamble

PHDR

PHDR_CRC

PHYPayload

CRC

下行消息

下行消息是由网络服务器发出， 经过单个网关转发给单个终端。

下行消息使用lora射频帧的严格模式，消息中含有PHDR和PHDR_CRC。

格式如下：

Preamble

PHDR

PHDR_CRC

PHYPayload

 

接收窗口

每个上行传输后终端都要开两个短的接收窗口。接收窗口开始时间的规定，是以传输结束时间为参考。

第一接收窗口 RX1 使用的频率/速率和上行频率/速率有关， 在上行调制结束后的 RECEIVE_DELAY1秒（+/- 20微秒） 打开。 上行和 RX1 时隙下行速率的关系是按区域规定， 详细描述在[LoRaWAN地区参数]文件中。 默认第一窗口的速率是和最后一次上行的速率相同。

第二接收窗口 RX2 使用一个固定可配置的频率和数据速率， 在上行调制结束后的 RECEIVE_DELAY2秒（+/- 20微秒） 打开。 频率和数据速率可以通过 MAC 命令配置。 默认的频率和速率是按区域规定， 详细描述在[LoRaWAN地区参数]文件中。

接收窗口的时间长度至少要让终端射频收发器有足够的时间来检测到服务器下行的前导码。如果在任何一个接收窗口中检测到前导码， 射频收发器需要继续激活， 直到整个下行帧都解调完毕。

如果在第一接收窗口检测到数据帧， 且这个数据帧的地址和MIC校验通过确认是给这个终端， 那终端就不必开启第二个接收窗口。

终端在第一或第二接收窗口中收完下行消息后， 或者在第二接收窗口失效之后(第一或第二窗口均未收到下行消息)， 才能再发起另一个上行消息。

如果网络服务器想要发一个下行消息给终端， 它会精确地在两个接收窗口的起始点发起传输。

节点在LoRaWAN收发窗口阶段可以收发其他协议， 只要终端能满足当地要求以及兼容LoRaWAN协议。

MAC帧格式