lorawan-specification_v1.0.2_zh_cn_190102中文版.pdf-资料库

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Table of Contents 前言第1章介绍 1.1 LoRaWAN Classes 1.2 文档约定第2章 LoRaWAN Classes 类型介绍 2.1 LoRaWAN Classes 2.2 文档范围 CLASS A - ALL END-DEVICE 所有终端第3章 PHY 帧格式 3.1 上行消息 3.2 下行消息 3.3 接收窗口 3.3.1 第一接收窗口的信道，数据速率和启动 3.3.2 第二接收窗口的信道，数据速率和启动 3.3.3 接收窗口的持续时间 3.3.4 接收方在接收窗口期间的处理 3.3.5 网络发送消息给终端 3.3.6 接收窗口的重要事项第4章 MAC帧格式 4.1 MAC层 4.2 MAC头(MHDR字段) 4.2.1 第一接收窗口的信道，数据速率和启动 4.2.2 数据消息的主版本(Major位字段) 4.3 MAC载荷(MACPayload) 4.3.1 帧头(FHDR) 4.3.2 端口字段(FPort) 4.3.3 MAC帧载荷加密(FRMPayload) 4.4 消息校验码(MIC) 第5章 MAC命令 5.1 Link Check 命令 (LinkCheckReq, LinkCheckAns) 5.2 Link ADR 命令(LinkADRReq, LinkADRAns) 5.3 终端发射占空比(DutyCycleReq, DutyCycleAns) 5.4 接收窗口参数(RXParamSetupReq,RXParamSetupAns) 5.5 终端状态(DevStatusReq, DevStatusAns) 5.6 信道的创建和修改(NewChannelReq, NewChannelAns, DlChannelReq, DlChannelAns) 5.7 TX 和 RX 之间的延时设置(RXTimingSetupReq, RXTimingSetupAns) 5.8 终端发送参数(TxParamSetupReq, TxParamSetupAns) 第6章终端激活 6.1 终端激活后的数据存储 6.2 空中激活 OTAA 6.2.1 终端 ID (DevEUI) 6.2.2 应用密钥(AppKey) 6.2.3 加网流程 6.2.4 Join-request 消息 6.2.5 Join-accept 消息 1 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.3.1 1.5.3.2 1.5.3.3 1.5.3.4 1.5.3.5 1.5.3.6 1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.2.1 1.6.2.2 1.6.3 1.6.3.1 1.6.3.2 1.6.3.3 1.6.4 1.7 1.7.1 1.7.2 1.7.3 1.7.4 1.7.5 1.7.6 1.7.7 1.7.8 1.8 1.8.1 1.8.2 1.8.2.1 1.8.2.2 1.8.2.3 1.8.2.4 1.8.2.5

1.8.3 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.16.1 1.16.2 1.17 1.17.1 1.17.2 1.17.3 1.17.4 1.17.5 1.18 1.18.1 1.18.2 1.18.3 1.18.4 1.18.5 1.19 1.19.1 1.19.2 1.20 1.21 1.21.1 1.21.2 6.3 独立激活 ABP 第7章重传退避 CLASS B – BEACON 信标第8章 Class B 介绍第9章下行同步网络的原理第10章 Class B 模式的上行帧第11章 Class B 模式的下行帧(Class B选项) 第12章信标的获得和追踪第13章 Class B下行时隙时序 13.1 定义 13.2 时隙随机化第14章 Class B MAC命令 14.1 PingSlotInfoReq MAC命令 14.2 BeaconFreReq MAC命令 14.3 PingSlotChannelReq MAC命令 14.4 BeaconTimingReq MAC命令 14.5 BeaconTimingAns MAC命令第15章信标(Class B选项) 15.1 信标物理层 15.2 信标物理帧格式 15.3 信标 GwSpecific 域格式 15.4 信标准确的时隙 15.5 网络下行链路路由更新要求第16章 Class B单播/多播下行信道频率 16.1 欧盟 863-870MHz ISM 频段 16.2 美国 902-928MHz ISM 频段 CLASS C - CONTINUOUSLY LISTENING 持续接收第17章持续接收的终端 17.1 Class C 的第二接收窗口持续时间 17.2 Class C 对多播下行的处理 2

LoRaWAN-Specification_ZH_CN 项目介绍这是《LoRaWAN-Specification》的中文译本。《LoRaWAN-Specification》是 LoRa 联盟规范的核心协议，由于国内LoRa从业者数量众多，难免有不少伙伴需要中文译本，所以诞生了这个小项目。项目采用 gitbook 进行编写，地址在 https://www.gitbook.com/book/twowinter/lorawan-specification_zh_cn。由于这是民间自发的翻译，一些地方翻译可能不够恰当。如果觉得协议的某处比较晦涩，请不要怀疑自己，大概率是翻译的问题。非常欢迎朋友们反馈翻译问题，争取给行业伙伴们提供一份相对可靠的译本。项目进展 LoRaWAN_V1.0.2 的中文版本经过1年半时间断断续续的调整，现已优先发布，可点此下载。其他版本待新建分支来跟进。大家可持续关注github 仓库地址。贡献者介绍 IoT小能手 twowinter 厦门四信的小伙伴厦门四信的几个小伙伴在业余时间对协议的部分内容做了校对，尤其是 kevin 同学贡献了 CLASS B 等主要章节的翻译，在此表示感谢。四信是 LoRa 联盟成员，阿里云金牌合作伙伴，CLAA 钻石合作伙伴，一直致力于为行业伙伴提供稳定可靠的 LoRa 模组、终端、网关系列产品，同时还提供消防、电力、水利等多个垂直行业解决方案。其他积极反馈问题或者提交修改的伙伴，如果你愿意，你的信息将会展示在这。 3

第1章介绍本文档描述了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。 1.1 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。 1.2 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 4

第2章 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”。 2.1 LoRaWAN Classes LoRa网络包含基础LoRaWAN（称之为Class A）和可选功能（Class B，Class C）: 1.LoRaWAN Classes 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。图 2.2 文档范围这份LoRaWAN协议还描述了与 Class A 不同的其他 Class 的额外功能。更高 Class 的终端必须满足 Class A 定义的所有功能。注意：物理层帧格式，MAC帧格式，以及协议中更高 class 和 Class A 相同的内容都写在了 Class A 部分，避免内容重复。 5

CLASS A - ALL END-DEVICE 所有的LoRaWAN终端都必须满足Class A的规定。 6

第3章 PHY 帧格式 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 及载荷 CRC 域都通过射频收发器加入。上行 PHY: Preamble 图2.上行PHY帧格式 3.2 下行消息 PHDR PHDR_CRC PHYPayload CRC 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。下行消息使用射频帧的严格模式，消息中包含 PHDR 和 PHDR_CRC。下行 PHY: Preamble 图3.下行PHY帧格式 3.3 接收窗口 PHDR PHDR_CRC PHYPayload 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。图4.终端接收时隙的时序图 3.3.1 第一接收窗口的信道，数据速率和启动第一接收窗口 RX1 使用的频率和上行频率有关，使用的速率和上行速率有关。RX1 是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。 3.3.2 第二接收窗口的信道，数据速率和启动第二接收窗口 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(见第5章)。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。 3.3.3 接收窗口的持续时间接收窗口的长度至少要让终端射频收发器有足够的时间来检测到下行的前导码。 7

3.3.4 接收方在接收窗口期间的处理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。 3.3.5 网络发送消息给终端如果网络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。 3.3.6 接收窗口的重要事项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。 3.3.7 其他协议的收发处理节点在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。 8

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