【译】LoRa 中的关键概念

原文链接:https://docs.exploratory.engineering/lora/lora_key_concepts/

LoRaWAN 关键概念

LoRaWAN 设备的配置可能会令人困惑。您需要跟踪两个关键点,EUI 和必须的各种各样奇怪的配置参数。

设备 EUI,网络 EUI,应用 EUI 和 DevAddr

在 LoRaWAN 中,网络,应用程序和设备由 EUI64 标识符标识。EUI64是全球唯一的标识符。您可以在此处了解更多信息:https://standards.ieee.org/develop/regauth/tut/eui64.pdf。EUI 用于在后端服务器内部标识 LoRaWAN 所有的(虚拟)部分。

DevAddr 值是特定网络中设备的唯一标识符。它由 NwkID 和 NetAddr 的两个不同部分组成,这是一个32位无符号整数,用于标识你的设备,是设备加入网络后用于标识设备的标识符。

网络和应用程序会话密钥

LoRaWAN 中的加密相对简单。如果您使用ABP(“个性化激活”设备;具有预配置密钥的设备),则可能需要担心两个密钥:

  • 网络会话密钥是网络和设备已知的每个设备的唯一密钥,该密钥用于不携带任何有效负载的内部管理消息。该密钥用于向发送到设备的消息添加校验和。
  • 应用程序会话密钥是应用程序和设备已知的每个设备的唯一密钥,用于加密来自设备的有效负载的密钥,使得任何人都很难窃听与后端服务器的通信。该密钥也用于计算校验和。

ABP 与 OTAA 设备

LoRaWAN 网络中有两种设备,即“ABP”设备和“ OTAA”设备:

ABP(个性化激活)设备

这种设备带有三项信息:网络会话密钥应用程序会话密钥设备地址

这些设备通电后可以立即开始发送,但是每个设备都需要一组唯一的密钥。如果有人闯入您的设备并拿到了密钥,你可以轻松地仅对受影响的一台设备进行布建,而无需更改其他的设备。

这种设备类型的最大缺点是,您必须跟踪加电之间往返于后端服务器的消息的帧计数器。通常,后端服务器会忽略帧计数器与预期的计数器不同的消息,但是您可以在测试设备时取消此检查。注意:关闭此检查会使设备容易受到重放攻击,因此通常保留用于测试。

OTAA(空中激活)设备

这是最常见的设备类型。在配置它们时,这些设备中的每一个都将获得三部分信息:应用程序密钥应用程序EUI设备EUI。打开设备电源后,它将启动加入网络过程,在此过程中它将根据现有的应用程序密钥协商一组新的密钥。协商完成后(通常在不到五秒钟的时间内),其行为将类似于 ABP 设备。

如果关闭设备电源,则启动时它必须再次加入网络。自然,对 OTAA 设备来说最重要的是应用程序密钥。如果有人设法从您的一台设备上抢走密钥,则攻击者可能会假冒您网络中的任何设备。另一方面,使用OTAA设备可以轻松管理大量设备,因为您无需管理很多密钥。

选择

您选择哪种设备类型取决于您计划如何配置新设备。开启时,无论您的设备是否在网关范围内,ABP 设备都可以立即开始发送。另一方面,如果您的设备大多位于网关的范围内,并且会在没有任何板载存储的情况下频繁上下电,则可以使用 OTAA 设备。开发新设备时,OTAA设备最为方便。

什么是“私人网络”?

如果您看到配置文件中某处提到的“专用网络”,就像其他许多人一样——你可能想知道它的真正含义,因为它是您设置的参数,但是没有再次看到。

LoRaWAN 中的专用网络是一种设备(和网关)网络,它接受带有专用前导码(作为消息的第一位发送的标识符)而不是标准的前导码的消息。LoRaWAN 中只有两种类型的前导码:标准的 LoRaWAN 公共前导或私有前导。

如果发送了私有前导码,则数据格式完全取决于设备和后端服务器。如果要与其他网络兼容(并且兼容),需要保持私有网络标志为关闭状态。

ADR 自适应数据速率

ADR(自适应数据速率)是后端服务器可用来让设备以尽可能低的功率传输的技巧。如果设备靠近网关,则设备可以以较低的功率和较高的数据速率进行传输,使用尽可能少的功率。如果两个或三个网关可以接收到设备的消息,则可以调回传输功率并节省能源。

消息类型:确认的和不确认的消息

LoRaWAN 定义了两种消息-确认的和不确认的。确认的消息需要后端服务器的确认,如果没有收到确认,则消息将以不同的扩展因子和带宽重新发送。

同样,后端服务器将重新传输确认的消息,直到设备确认响应。

由于 LoRaWAN 仅使用了一个确认标志,因此无法确认旧消息。

上下游消息

迟早有人会提到“上游”和“下游”。如果您在设备上工作,则无法完全直观地了解是哪个方向,但是请记住上游方向朝着网关天线去的方向,下游方向是从网关天线出发的方向。但如果将设备放在气象气球中,则会这个规则不再适用。

我让我的设备发送消息时,它没有发送!

如果您在设备上安排一条消息,有时您会感到该消息会在设备上保留很长一段时间,直到发送出去为止,其他情况下,消息会立即发送出去。

这是因为 LoRaWAN 设备必须始终遵守的 ISM 频段上的占空比限制(即发送和不发送所花费的时间的比率)。对于某些频率,最大占空比为1%,而对于其他频率,最大占空比仅为0.1%。如果您花费一秒钟发送一条消息,则必须等待99秒,然后才能在占空比为1%时发送另一条消息,而如果占空比为0.1%,则可能必须等待15分钟以上。