LoRaWAN终端节点的分类及入网

一．设备分类

LoRaWAN规范定义了三种设备类型：A类、B类和C类，这三类设备基本上能覆盖物联网所有的应用场景。所有LoRaWAN设备都必须实现A类，而B类和C类是A类设备规范的扩展，所有设备类别都支持双向通信（上行链路和下行链路）。

需注意：终端设备在接收下行链路消息时无法发送上行链路消息。

A类

所有LoRaWAN终端设备都必须支持A类实施，A类通信始终由终端设备启动。设备可以随时发送上行链路消息。上行链路传输完成后，设备将打开两个短接收（下行）窗口。上行链路传输结束和接收窗口开始之间存在延迟（分别为RX1和RX2）。如果网络服务器在这两个接收窗口期间没有响应，则下一个下行链路将在下一个上行链路传输之后。A类的终端是三类终端中功率最低的。

A类接收窗口

服务器可以在第一个接收窗口（RX1）或第二个接收窗口（RX2）期间响应，但不同时使用这两个窗口。让我们考虑下行链路消息的三种情况，如下图所示。

A类接收窗口的行为

案例1：终端设备打开两个接收窗口，但在任一接收窗口期间都不会收到下行链路消息。

案例2：终端设备在第一个接收窗口期间接收下行链路，因此不会打开第二个接收窗口。

案例3：终端设备打开第一个接收窗口，但不接收下行链路。因此，它会打开第二个接收窗口，并在第二个接收窗口期间接收下行链路。

B类

除了A类启动的接收窗口外，B类设备还会打开计划的接收窗口，以接收来自网络服务器的下行链路消息。通过使用网关传输的时间同步信标，设备在预定时间开启接收窗口。两个信标之间的时间间隔被称为信标周期。设备在预定时间打开下行链路“ping插槽”，以便接收来自网络服务器的下行链路消息。此外，B类设备在发送上行链路后也会打开接收窗口。

B类接收窗口

B类终端设备的延迟比A类终端设备更低，因为它们不需要发送上行链路来接收下行链路，并且可以在预配置的时间到达。不过B类的电池寿命一般会比A类短，因为设备在活动模式下在信标和ping插槽期间会消耗更多时间。Class B的时隙相对复杂，它包括一个同步时隙beacon和一个固定周期的接收窗口ping时隙。例如，在这个示例中，beacon周期为128秒，ping周期为32秒。

C类

C类设备通过保持接收窗口打开（除非它们正在传输）来扩展A类，也因为接收窗口一直打开，所以终端设备的功耗会比前两类的功耗更高，但通信延迟最低。Class C和A基本是相同的，只是在Class A休眠的期间，都打开了接收窗口RX2。

二、设备入网方式

在开始收发数据之前，终端设备都必须先入网。通常有两种入网方式：空中激活方式OTAA（Over-the-Air Activation）和独立激活方式ABP（Activation by Personalization），两种激活方式都需要三元组。

OTAA：DevEUI、AppEUI、AppKey

ABP：DevAddr、NwkSKey、AppSKey

商用的LoRaWAN网络一般都是采用OTAA激活，这样更加安全。这种激活方式需要准备三个参数：DevEUI、AppEUI和AppKey。

DevEUI：一个类似于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：一个类似IEEE EUI64的全球唯一ID，标识唯一的应用提供者。如不同厂商的烟雾报警器应用、气体监测应用、垃圾桶监测应用等，都具有自己的唯一ID。

AppKey：由应用程序拥有者分配给终端。

终端在发起入网join流程并发出入网命令，NS（网络服务器）确认无误后会回复终端，分配网络地址DevAddr（32位ID），成功入网后，数据会被加密。双方利用入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。

ABP激活方式更加简单直接，这种方式不需要发起join流程，而是直接配置DevAddr、NwkSKey及AppSKey这三个LoRaWAN最终通讯的参数。这种情况下，该设备可以直接发送应用数据。

DevAddr：node的短地址，数据通讯时需使用。

NwkSKey：用于数据的校验（MIC校验）。

AppSKey：用于负载的AES加解密。