# LoRaWAN 协议介绍

本章将介绍 LoRaWAN 协议，但在介绍 LoRaWAN 协议之前，让我们来认识一下什么是 LoRa。

# LoRa

LoRa 的全称为 Long Range，其全称已体现出这种无线技术的特点——覆盖范围广（链路预算达到 168dB）。

LoRa 技术是由法国 Cycleo 公司（一家 IP 和设计方案提供商，成立于 2009 年）开发的一种扩频无线调制专利技术（EP2763321 from 2013 和 US7791415 from 2008），2012 年 Cycleo 公司被美国 Semtech 公司收购。收购之后，Semtech 公司对该技术进行了强有力的营销，包括成立 LoRa 联盟，以促进其他公司包括部分移动运营商参与到 LoRa 生态系统中。

LoRa 的主要特点: 远距离，低功耗，网络容量大，低成本，抗扰特性强，低速率，小数据传输。

目前，LoRa 主要运行在 ISM 频段，包括 433/470/868/915MHz 等。

什么是 ISM 频段？

ISM（Industrial Scientific Medical Band）频段，就是工业、科学及医疗频段。世界各国为了让一些工业、科学及医疗领域的公共设备不用专门申请频段，就设置了一些无需授权即可使用的频段，就是 ISM 频段，也就是我们常说的免费频段。像 Wi-Fi、蓝牙、LoRa、ZigBee 等用的都是 ISM 频段。

但由于不同地区的无线电法规不同，所以在不同地区 LoRa 使用的频段也会不同，中国地区有 2 个频段可用：CN779～CN787、CN470～CN510。

• CN779～CN787 该频段有一个硬伤：最大发射功率仅 10mW（10dBm），并没有实用价值
• CN470～CN510 这是中国无委会规定的民用抄表频段，属于 ISM 免费频段

# LoRaWAN

LoRaWAN 定义了使用 LoRa 技术的端到端标准规范，包括物联网市场安全、能源效率、漫游和配置入网（on-boarding）等。LoRaWAN 起初叫 LoRaMAC，由 Semtech、Actility、IBM Research 共同制定，在 2015 年巴塞罗那移动世界通信大会上，被改名为 LoRaWAN，成为 LoRa 联盟成员的规范。LoRaWAN 规范可以从 LoRa 联盟网站open in new window 下载，LoRaWAN 和 LoRa 的区别在于，LoRa 是一种技术，而 LoRaWAN 是一套标准规范。

按照 LoRa 联盟官方白皮书《What is LoRaWAN》的介绍，LoRaWAN 是为 LoRa 远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构，下图为 LoRaWAN 协议层次图：

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

# LoRaWAN 网络架构

下图是 LoRa 联盟官方白皮书中的 LoRaWAN 网络架构图：

可以看到一个 LoRaWAN 网络架构中包含了 End Node（终端节点，也称设备）、Gateway（基站，也称网关）、Network Server（网络服务器）、Application Server（应用服务器）这四个部分。基站和终端节点之间采用星型网络拓扑，因为 LoRa 能长距离通信特性，基站和终端节点之间得以使用单跳传输。在终端节点部分，官方列了 6 个典型应用，有个细节，您会发现终端节点的数据可以同时发给多个基站。基站则对网络服务器和终端节点之间的 LoRaWAN 协议数据做转发处理，将 LoRaWAN 数据分别承载在 LoRa 射频传输和 TCP/IP 上。

# LoRaWAN 终端节点

在前面的介绍中我们可以看到 LoRaWAN 规范定义了 Class A/B/C 三类终端节点，这三类终端节点基本覆盖了物联网所有的应用场景，如下表所示：

# LoRaWAN 相关术语

# Spirit 1 对 LoRa 支持

Spirit 1 带有 LoRa 终端射频芯片 SX1276，SX1276 是 Semtech 公司在 2013 年推出的一款远距离、低功耗、高性能的物联网无线收发器，具备特殊的 LoRa 调制方式，在一定程度上增加了通信距离。

# EdgerOS 对 LoRaWAN 支持

EdgerOS 将 LoRaWAN 网络架构中的基站（网关）、网络服务器、应用服务器三者的功能进行了深度融合，开发者使用 Spirit 1 和 LoRaWAN 终端节点组建 LoRaWAN 网络时，不需要使用额外的基站（网关）和去搭建网络服务器、应用服务器，极大降低了 LoRa 的使用门槛和成本。

目前 EdgerOS 支持 Class A/C 两类 LoRaWAN 终端节点（Class B 终端节点目前工作在 Class A 模式），支持 OTAA（Over-The-Air Activation，空中入网）和 ABP （Activation By Personalization，个性化激活）两种入网机制。

# EdgerOS LoRa 服务配置流程

1. 手机通过爱智 App 进入 EdgerOS 后，点击 LoRa App，进入 LoRa 设备管理界面：

   

2. 点击右下方的设置图标进入设置界面：

   

3. 打开启用开关，服务状态将切换为运行中：

   

4. 点击网络设置进入网络设置界面：

   

   网络设置界面如下所示：

   

5. 点击网络 ID，进入网络 ID 设置界面：

   

   在输入框设置网络 ID，最后点击保存按钮保存并退出网路 ID 设置：

   

6. 点击通道配置进入通道设置界面：

   

   点击通道 1，选择通道 1 的信道（如信道 0），点击确认完成信道选择，最后点击左上角的返回箭头返回：

   

   注意：

   Spirit 1 的 LoRa 通道 1 的信道需要与 LoRaWAN 设备一致，参考《IoT Pi Pro LoRaWAN 设备开发》的 LORA_CFG_CHAN_MASK 章节。

7. 点击应用按钮，在弹出来的提示框点击确认应用以上设置：

   

   

# LoRaWAN 设备二维码生成

EdgerOS 支持扫码添加 LoRaWAN 设备，二维码信息是由设备的 DevEUI、JoinEUI、AppKey、classType 等入网信息组成的 JSON 字符串。

• OTAA 入网机制的 LoRaWAN 设备的入网信息 JSON 字符串如下所示：

  {"DevEUI": "4736549f00310005", "JoinEUI": "526973696e674846", 
   "AppKey": "2b7e151628aed2a6abf7158809cf4f3c", "classType": "A"}
  

• ABP 入网机制的 LoRaWAN 设备的入网信息 JSON 字符串如下所示：

  {"DevEUI": "4736549f00310005", "JoinEUI": "526973696e674846", 
   "AppKey": "2b7e151628aed2a6abf7158809cf4f3c", "NwkSKey": "2b7e151628aed2a6abf7158809cf4f3c", 
   "AppSKey": "2b7e151628aed2a6abf7158809cf4f3c", "DevAddr": "126", "classType": "A"}
  

复制入网信息 JSON 字符串并粘贴到 草料二维码生成器open in new window 的文本输入框，生成二维码图片并保存。

# LoRaWAN 设备添加流程

1. 手机通过爱智 App 进入 EdgerOS 后，点击 LoRa App，进入 LoRa 设备管理界面：

   

2. 点击下方的加号图标，打开设备添加方式选项：

   

3. 点击扫码，扫描 LoRaWAN 设备的二维码：

   

   扫描完成后如下所示：

   

4. 点击添加设备按钮，即可把设备加入到 EdgerOS：

   

# LoRaWAN 设备开发

我们将在《IoT Pi Pro LoRaWAN 设备开发》章节介绍如何开发一个能接入到 EdgerOS 的 LoRaWAN 终端节点。