LoRaWAN介绍7 入网

“生命在他里头，这生命就是人的光。光照在黑暗里，黑暗却不接受光。”–《新约·约翰福音》

 

End Node要加入LoRaWAN网络，首先需要赋值和激活。一般说来，有2种方法完成入网：ABP（Activation by Personalization，个性化激活）和OTAA（Over-the-Air Activation，空中激活）。

1  ABP

ABP是一种简单的入网机制，同时，它也不太安全，适合于建设私网。

它的核心原理是，LoRaWANServer和End Nodes双方都保存相同的3个参数：DevAddr、NwkSKey和AppSKey。

我们一起看一个实例，Loriot的Server是如何提供ABP入网机制的。

首先，每一个EndNode都会有一个DevEUI（Device Extended Unique Identifier，设备扩展唯一标识），最常见的做法是，取MCU的SN（Serial Number，序列号），经过某种算法得到64位的DevEUI。在本例中，设一Node有

DevEUI=BE-7A-00-00-00-00-0A-8E

然后，在Loriot的Server端，提供DevEUI，将得到如下图的三个值（大端）：

DevAddr=01-33-51-A4

NwkSKey=5A-DA-30-AA-3E-D6-98-4A-A3-FD-04-0D-3C-A6-86-B9

AppSKey=7F-34-F6-20-41-37-EE-4C-97-B0-B2-82-2B-E1-7B-80

最后，将这三个值，分别保存到End Node中。这样，该Node就完成了入网，可以与Server通信。

2  OTAA

OTAA是一种安全系统很高的入网机制，当然，它的代价是较复杂。

借用大师Eric（经典书籍《The Art of Unix Programming》的作者）的一句话：数据结构压倒一切，它是编程的核心。我们列出了OTAA的数据流，如果有耐心看懂下图，您也就掌握了OTAA的入网原理。

一个重要的数据，AppKey，它是root key，被Server和End Node共享使用。

首先，一个End Node需要配置：AppEUI和DevEUI；并且取LoRa芯片的RSSI随机值，得到DevNonce。将这3个参数，组织成Join Request数据帧，发送给LoRaWAN Server。

Server接收到Join Request后，分配DevAddr，连同AppNonce和NetID，组织成JoinAccept数据帧，回应给EndNode。

End Node接收Join Accept后，提取DevAddr；结合4个参数：AppKey、AppNonce、NetID和DevNonce，使用aes128_encrypt()，生成2个密钥：NekSKey和AppSKey。

您会发现，无论是ABP，还是OTAA，最终，End Node都会得到3个参数：DevAdd、NwkSKey和AppSKey。

3 重传的限制

一些外部事件的发生，如：断电、信号拥塞、网络断供…，一旦恢复，很可能会有大量（>100）的End Node同时申请入网。为了防止这些广播的Join Request拥塞整个网络，End Node需要实现“伪随机”离散入网，并且限制发送时间。

“伪随机”，可以将DevAddr代入随机函数，生成入网时间，这样有效降低End Node同时入网的概率。

一个End Node发送Join Request的时间，不但要遵守duty cycle的法规，还必须遵循如下的限制时间，以防止过多的入网报文干扰网络正常运行。

保存契约

一个End Node至少有2方面的属性：

• 无线参数：频段范围、最大发射功率、RxDelay1和RxDelay2时长；
• 应用类别：警报器、能源表计、资产跟踪、监测、网络控制等

这些称之为契约，需要存储在Server中，AS（Application Server）和NC（NetworkController）需要使用它们，以便提供更好的网络服务。

感知地区

LoRaWAN是工作在ISM免费频段，然而，每个地区和国家的ISM频段是不一样的；即使是相同的频段，网关也可以使用多个信道，比如，中国470~510MHz的频域，划分了96个上行和48个下行信道。

一个End Node在发起入网前，需要确认自己所有的区域和可以使用的信道，这需要采用如下的方法：

• 如果End Node安装了GPS，它可以得知自身所有的区域和信道范围；
• End Node可以搜索beacon（网关每128秒发送），一旦接收成功，它将得知区域和信道范围；
• End Node可以搜索beacon，一旦接收成功且beacon包括GPS信息，它将得知区域和信道范围；
• End Node可以搜索beacon，一旦接收到入网频段列表，它将得知区域和信道范围。

来源：程序园