随着物联网的规模不断扩大以及应用更加广泛，接入的控制点越来越多，使用LoRaWAN成为一种趋势。LoRaWAN是什么?本文将对LoRaWAN做个介绍性的技术概览，帮助LoRa从业者全方位了解LoRaWAN。

　　 一、LoRaWAN是什么

　　 LoRaWANLoRaWAN是为LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构。它定义了数据在LoRaWAN网络里是怎样传输的(这里的网络指的是节点、网关和服务器)，定义了消息的类型，数据帧结构和安全加密方法;并且介绍了入网的具体操作，说明了主从机之间的区别。

协议层次图

　　LoRaWAN在协议和网络架构的设计上，充分考虑了节点功耗，网络容量，QoS，安全性和网络应用多样性等几个因素。

　　二、LoRaWAN 网络架构

　　我们具体从技术角度做些了解，如下是LoRa联盟官方白皮书中的网络架构图。

      可以看到一个LoRaWAN网络架构中包含了终端、基站、NS(网络服务器)、应用服务器这四个部分。基站和终端之间采用星型网络拓扑，由于LoRa的长距离特性，它们之间得以使用单跳传输。在终端部分官方列了6个典型应用，有个细节，你会发现终端节点可以同时发给多个基站。基站则对NS和终端之间的LoRaWAN协议数据做转发处理，将LoRaWAN数据分别承载在了LoRa射频传输和Tcp/IP上。

　　下面结合下行业生态再来看下这个网络架构，大家可以有更深的认知。

      三、协议概述

　　1、终端节点的分类

　　在开头的介绍中我们就看到有协议中有规定 Class A/B/C 三类终端设备，这三类设备基本覆盖了物联网所有的应用场景。为了方便大家，做了一个表。

      2、终端节点的上下行传输

　　这是Class A 上下行的时序图，目前接收窗口RX1一般是在上行后1秒开始，接收窗口RX2是在上行后2秒开始。

　   Class C 和 A 基本是相同的，只是在 Class A 休眠的期间，它都打开了接收窗口RX2。

　   Class B 的时隙则复杂一些，它有一个同步时隙beacon，还有一个固定周期的接收窗口ping时隙。如这个示例中，beacon周期为128秒，ping周期为32秒。

      3、终端节点的加网

　　搞明白了基础概念之后，就可以了解节点如何工作了。在正式收发数据之前，终端都必须先加网。

　　有两种加网方式：Over-the-Air Activation(空中激活方式 OTAA)，Activation by Personalization(独立激活方式 ABP)。

　　商用的LoRaWAN网络一般都是走OTAA激活流程，这样安全性才得以保证。此种方式需要准备 DevEUI，AppEUI，AppKey 这三个参数。

       DevEUI 是一个类似IEEE EUI64的全球唯一ID，标识唯一的终端设备。相当于是设备的MAC地址。

　　AppEUI 是一个类似IEEE EUI64的全球唯一ID，标识唯一的应用提供者。比如各家的垃圾桶监测应用、烟雾报警器应用等等，都具有自己的唯一ID。

　　AppKey 是由应用程序拥有者分配给终端。

　　终端在发起加网join流程后，发出加网命令，NS(网络服务器)确认无误后会给终端做加网回复，分配网络地址 DevAddr(32位ID)，双方利用加网回复中的相关信息以及AppKey，产生会话密钥NwkSKey和AppSKey，用来对数据进行加密和校验。

　　如果是采用第二种加网方式，即ABP激活，则比较简单粗暴，直接配置 DevAddr，NwkSKey，AppSKey 这三个LoRaWAN最终通讯的参数，不再需要join流程。在这种情况下，这个设备是可以直接发应用数据的。

　　4、 数据收发

　　加网之后，应用数据就被加密处理了。

　　LoRaWAN规定数据帧类型有 Confirmed 或者 Unconfirmed 两种，即 需要应答 和不需要应答类型。厂商可以根据应用需要选择合适的类型。

　　另外，从介绍中可以看到，LoRaWAN设计之初的一大考虑就是要支持应用多样性。除了利用 AppEUI 来划分应用外，在传输时也可以利用 FPort 应用端口来对数据分别处理。FPort 的取值范围是(1~223)，由应用层来指定。

　　5、 ADR 机制

　　我们知道LoRa调制中有扩频因子的概念，不同的扩频因子会有不同的传输距离和传输速率，且对数据传输互不影响。

　　为了扩大LoRaWAN网络容量，在协议上了设计一个LoRa速率自适应(Adaptive data rate - ADR)机制，不同传输距离的设备会根据传输状况，尽可能使用最快的数据速率。这样也使得整体的数据传输更有效率。

　　6、 MAC命令

　　针对网络管理需要，在协议上设计了一系列的MAC命令，来修改网络相关参数。比如接收窗口的延时，设备速率等等。在实际应用过程中，一般很少涉及，暂时不管。

　　以上就是LoRaWAN的基本概述，相信大家看了应该对LoRaWAN有更深的了解，在未来几年里，物联网的各个领域将广泛应用到LoRaWAN，在实际项目中可能也会遇到一些新的问题，但是这只是一个过程，要想省事可以借助一些Lora模块厂家研发出来的LoRaWAN串口模块，这些模块提供了简单的串口AT命令，非常方便使用。