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详解:LoRaWAN 规范的说明

thokrz 发布于 2020-10-27 19:00:02 浏览 1199 点赞 1 收藏 0

LORAWAN网络协议是针对电池供电的终端设备(不管移动还是固定位置)进行优化的一套网络协议。

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。

终端和网关间的通讯被分散到不同的信道频点和数据速率上。数据速率的选择需要权衡通信距离和消息时长两个因素,使用不同数据速率的设备互不影响。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。

twowinter注:

发射占空比定义: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:

所有的LoRaWAN设备都必须至少实现本文档描述的 Class A 功能。另外也可以实现本文档中描述的 Class B 和 Class C 及后续将定义的可选功能。但是在任何情况下,设备都必须兼容 Class A。

文档约定:

MAC命令的格式为 LinkCheckReq(粗斜体),位和位域的格式为 FRMPayload (粗体),常量的格式为 RECEIVE_DELAY1(非粗非斜体),变量的格式为 N(斜体)。

在本文档中:

  • 所有多字节字段的字节序均采用小端模式
  • EUI 是8字节字段,采用小端模式传输
  • 默认所有RFU保留位都设为0

LoRaWAN Classes 类型介绍:

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。本文档中,将 Class A 基础上实现了更多功能的设备称为“更高class 终端”。

LoRaWAN Classes:

LoRa网络包含基础LoRaWAN(称之为Class A)和可选功能(Class B,Class C)

双向传输终端(Class A):

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。

划定接收时隙的双向传输终端(Class B):

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。

最大化接收时隙的双向传输终端(Class C):

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。

*本文仅代表作者观点,不代表易百纳技术社区立场。系作者授权易百纳技术社区发表,未经许可不得转载。

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