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LoRa整個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層如圖所示：

Application為應(yīng)用層，常見(jiàn)的LoRaWAN協(xié)議即為L(zhǎng)oRaMAC協(xié)議，協(xié)議定義的終端類型有ClassA、ClassB、ClassC三種類型，其主要差別ClassA上行觸發(fā)下行接收窗口，只有在上行發(fā)送了數(shù)據(jù)的情形下才能打開(kāi)下行接收窗口；ClassB定義ping周期，周期性進(jìn)行下行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；ClassC盡可能多地監(jiān)測(cè)下行接收，基本只有在上行發(fā)送時(shí)刻停止下行接收；協(xié)議要求每個(gè)終端必須支持ClassA，而B(niǎo)、C為可選功能，同時(shí)在支持ClassC功能的終端上無(wú)需支持classB類型。

Class A B C介紹

Class A

雙向通信終端設(shè)備。這一類的終端設(shè)備允許雙向通信，每一個(gè)終端設(shè)備上行傳輸會(huì)伴隨著兩個(gè)下行接收窗口。終端設(shè)備的傳輸槽是基于其自身通信需求，其微調(diào)是基于一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間基準(zhǔn)（ALOHA協(xié)議）。A所屬的終端設(shè)備在應(yīng)用時(shí)功耗，終端發(fā)送一個(gè)上行傳輸信號(hào)后，服務(wù)器能很迅速地進(jìn)行下行通信，任何時(shí)候，服務(wù)器的下行通信都只能在上行通信之后。

Class B

具有預(yù)設(shè)接收槽的雙向通信終端設(shè)備。這一類的終端設(shè)備會(huì)在預(yù)設(shè)時(shí)間中開(kāi)放多余的接收窗口，為了達(dá)到這一目的，終端設(shè)備會(huì)同步從網(wǎng)關(guān)接收一個(gè)Beacon，通過(guò)Beacon將基站與模塊的時(shí)間進(jìn)行同步。這種方式能使服務(wù)器知曉終端設(shè)備正在接收數(shù)據(jù)。

Class C

具有接收槽的雙向通信終端設(shè)備。這一類的終端設(shè)備持續(xù)開(kāi)放接收窗口，只在傳輸時(shí)關(guān)閉。

LoRa網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

LoRa整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為終端、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)幾個(gè)功能。終端節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)發(fā)給多個(gè)基站，一般LoRa終端和網(wǎng)關(guān)之間可以同過(guò)LoRa無(wú)線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而網(wǎng)關(guān)和核心網(wǎng)或廣域網(wǎng)之間的交互可以通過(guò)TCP/IP協(xié)議，當(dāng)然可以是有線連接的以太網(wǎng)，亦可以為3G/4G類的無(wú)線連接。為了保證數(shù)據(jù)的安全性、可靠性，LoRaWAN采用了長(zhǎng)度為128比特的對(duì)稱加密算法AES進(jìn)行完整性保護(hù)和數(shù)據(jù)加密。

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

LoRaWAN中Server模塊按照功能可以細(xì)分為Join server、Application server和Network Server，實(shí)際中可以是一個(gè)物理整體。Join Server用于終端設(shè)備的請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力時(shí)的激活流程，Netwrok Server負(fù)責(zé)和網(wǎng)關(guān)及終端的MAC數(shù)據(jù)交互，Application Server為應(yīng)用層服務(wù)端。

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終端節(jié)點(diǎn)的加網(wǎng)

終端節(jié)點(diǎn)有兩種加網(wǎng)方式：Over-the-Air Activation（空中激活方式OTAA)，Activation by Personalization（獨(dú)立激活方式ABP）。

OTAA激活流程需要準(zhǔn)備三個(gè)參數(shù)：DevEUI，AppEUI，AppKey

DevEUI：類似于設(shè)備的MAC地址，標(biāo)識(shí)終端設(shè)備。

AppEUI：標(biāo)識(shí)的應(yīng)用提供者，比如垃圾桶監(jiān)測(cè)應(yīng)用、煙霧報(bào)警器應(yīng)用等，都具有自己的ID。

AppKey：是一個(gè)AES-128的應(yīng)用密鑰，由該應(yīng)用程序所有者分配給終端設(shè)備，從每一個(gè)應(yīng)用獨(dú)立的根密鑰中推演出來(lái)。每當(dāng)一個(gè)終端設(shè)備通過(guò)加入過(guò)程加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，AppKey用于推演出為終端設(shè)備定義的會(huì)話密鑰NwkSKey和AppSKey，用于網(wǎng)絡(luò)通信的安全。而應(yīng)用密鑰用于保障應(yīng)用的端到端安全。

終端在發(fā)起加網(wǎng)join流程后，發(fā)出加網(wǎng)命令，NS（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器）確認(rèn)無(wú)誤后會(huì)給終端做加網(wǎng)回復(fù)，分配網(wǎng)絡(luò)地址 DevAddr(32位ID)，雙方利用加網(wǎng)回復(fù)中的相關(guān)信息以及AppKey，產(chǎn)生會(huì)話密鑰NwkSKey和AppSKey，用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和校驗(yàn)。

如果是ABP激活，則比較簡(jiǎn)單粗暴，直接配置 DevAddr，NwkSKey，AppSKey 這三個(gè)LoRaWAN最終通訊的參數(shù)，不再需要join流程。在這種情況下，這個(gè)設(shè)備是可以直接發(fā)應(yīng)用數(shù)據(jù)的。

數(shù)據(jù)收發(fā)

LoRaWAN規(guī)定的數(shù)據(jù)幀類型有Comfirmed（需要應(yīng)答）和Unconfirmed（不需要應(yīng)答）兩種。另外，為支持應(yīng)用多樣性，除了用AppEUI來(lái)劃分應(yīng)用類型外，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)也可以利用FPort應(yīng)用端口來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)分別處理。FPort的取值范圍是（1-223），由應(yīng)用層。