LoRa说明书 使用和披露的注意事项外文翻译资料

LoRa说明书

使用和披露的注意事项

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上述注意事项和这段话必须包含在该文件的所有复制品中。

LoRa Alliance，Inc.

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LoRa Alliance

LoRaWAN 说明书

作者

版本

时间：2015.01

状态：发行

重要的注意事项：这是一个关于LoRa联盟协议的候选说明书，称为LoRaWAN

1 介绍

该文件描述了LoRaWAN网络协议，用于移动的或者放置在固定位置的电池终端设备。

LoRaWAN网络典型用于星型拓扑结构，其中，网关依赖于支持的终端设备和中央网络服务器消息。网关通过标准IP连接到网络服务器，终端设备使用单通道LoRa或者与一个或多个网关通信的FSK。所有的通信一般都是双向的，尽管从终端设备到网络服务器的上行通信应该是优越的传输。

终端设备和网关之间的通信分布在不同的频道和数据速率上。数据速率的选择应该权衡通讯范围和消息持续时间，不同数据速率的通讯不能互相妨碍。LoRa数据速率范围从0.3kbps到50kbps。为了使终端设备的电池寿命和所有的网络容量达到最大，LoRa网络基础可以通过ADR（自适应数据速率）分别管理数据速率和RF输出。

终端设备可以在任意时间在任意可用频道传输，使用任意可用的数据速率，但要遵守以下规则：

终端设备在每一次传输中通过伪随机的方式改变频道。由此产生的频率多样性使系统冲突更加健全。

终端设备顾及最大的传输责任，关系到使用的子频带和当地的规则。

终端设备顾及最大的传输持续时间（或者驻留时间）关系到使用的子频带和当地的规则。

注意：最大的传输频宽比和每个子频带的驻留时间具有区域特性，会在第六章中定义。

1.1 LoRaWAN系列

所有的LoRaWAN设备至少实现该文件所描述的A类功能。另外，它们也许实现B类选项，可能也会实现该文件中描述的C类选项或者其他定义的选项。在任何情况下，它们都必须与A类保持一致。

1.2 协定

MAC命令写为LinkCheckReq，位和位域写为FRMPayload，常量写为RECEIVE_DELAY1，变量写为N。

在该文件中，

所有多八位域的八位顺序是小端字节

EUI是64位整型，作为小端字节传输

2 LoRaWAN选项的介绍

LoRa是一个用于远程低功耗低传输速率的无线调制器，由Semtech提出。A类之外设备的应用在该文件中一般称为高级终端设备。

2.1 LoRaWAN等级

LoRa网络在基本的LoRaWAN（称为A类）和任意特征（B类、C类）：

图形1：LoRaWAN类别

双向终端设备（A类）：由于每个终端设备的上行传输都跟随着两个短的下行接收窗口，所以A类终端设备允许双向通讯。终端设备安排的传输口基于他自己的通信需要，一个基于任意时间基础的变种（ALOHA型协议）。这个A类操作是应用中最低功耗的终端设备系统，在终端设备已经发送一个上行传输以后仅仅需要从服务器进行短暂的下行通信。在任意其他时间，从服务器进行下行通信都要等待下一个预定的上行。

预定接收端（B类）的双向终端设备：B类终端设备允许更多的接收端。除了A类随即接收端，B类设备在预定时间打开额外的接收端。为了能使终端设备在预定时间打开它的接收端，它会从网关收到一个时间同步信号。这样使得服务器知道终端设备处于接收状态。

最大接收端（C类）的双向终端设备：C类终端设备拥有几乎持续开放的接收窗口，只在传输的时候关闭。C类终端设备会比A类或B类使用更多的能量，但是它们位服务器和终端设备之间的通信提供最短的持续时间。

2.2 说明书范围

该LoRaWAN说明书描述了一个更高级别终端设备区别于A类设备的另外的功能。比A类更高级别的终端设备也实现了在LoRaWAN A类说明书中描述的所有功能。

注意：物理信息格式，MAC信息格式，该说明书跟A类和更高级终端设备相同的其他部分，为了避免冗余，仅仅在LoRaWAN A类说明书中进行描述。

3 物理信息格式

LoRa术语区别上行和下行信息。

3.1 上行信息

上行信息由终端设备发送给网络服务器，有一个或多个网关重新进行。

上行信息使用LoRa明显的无线包模式，其中，包括LoRa物理头（PHDR）加上一个CRC头（PHDR_CRC）。载入整型被一个CRC保护。

PHDR，PHDR_CRC和载入CRC域插入一个无线收发器。

上行PHY：

前言

图表2：上行PHY结构

3.2 下行信息

每个下行信息通过网络服务器仅发送给一个终端设备，并有一个单独的网关转播。

下行信息使用明显的无线包模式，其中，包括LoRa物理头（PHDR）加上一个CRC头（PHDR_CRC）。

下行PHY：

前言

图表3：下行PHY结构

3.3 接收窗口

每次上行传输以后，终端设备打开两个窄接收窗口。接收窗口开始时间是一个配置的阶段，是最后一个上行位传输的结束。

图形4：终端设备接收端时序图

3.3.1 第一接收窗口频道，数据速率，和开始

第一个接收窗口RX1使用相同的频道作为上行，用于上行的是数据速率的函数。RX1在上行调制结束以后，打开RECEIVE_DELAY1几秒（ /- 20ms）。上行和RX1端下行数据速率之间的关系在第七部分是有明显区域性的，而且十分精细。第一接收窗口数据速率默认域最后上行数据速率完全相同。

3.3.2 第二接收窗口频道，数据速率和开始

第二接收窗口RX2使用一个固定的配置频率和数据速率，在上行调制结束以后，打开RECEIVE_DELAY2几秒( /- 20ms)。使用的频率和数据速率可以通过MAC命令更改（见第五部分）。默认使用的频率和数据速率在第七部分是有明显区域性的，规定得十分详细。

3.3.3 接收窗口持续时间

接收窗口的长度必须至少是终端设备的无线收发器需要的时间，从而有效发现下行前文。

3.3.4 在接收窗口中接收器的活动

如果一个前文在任何一个接收窗口中被发现，无线接收器保持活动指导下行数据包被解调。如果一个数据包在第一接收窗口中被发现并且随后被解调。这个终端设备在地址之后会计划数据包，检查MIC（信息完整代码），终端设备不打开第二歌接收窗口。

3.3.5 网络给终端设备发送信息

如果网络想要传输一个下行数据给终端设备，在任何两个接收窗口中的开头，它总是会准确开始传输。

3.3.6 接收窗口重要注意事项

终端设备在上次传输中的第一或第二接收窗口收到一个下行信息前，或者上次传输的第二接收窗口已经期满之前，不能传输另一个上行信息。

3.3.7 接收或传输的其他协议

节点也许会收到或传输其他协议，或者在LoRaWAN传送器和接收窗口之间执行。只要终端设备与本地规则兼容，适应LoRaWAN说明书。

4 MAC信息格式

所有上行和下行信息携带一个PHY payload，由一个单八位字节的MAC头（MHDR），跟着一个MAC payload（MACPayload），最后是一个四个八位字节的信息完整代码（MIC）。

图表5：无线PHY结构（CRC*仅在上行信息中有效）

图表6：PHY payload结构

图表7：MAC payload 结构

图表8：数据包头结构

图表5~8为LoRa信息格式元素

4.1 MAC层（PHY Payload）

MACPayload域的最大长度（M）有明确的区域性，在第六章会详细说明。

4.2 MAC头（MHDR field）

MAC头详细说明了信息类型（MType），根据LoRaWAN层说明书关于数据包格式的主要版本（Major），数据包已经被编码。

4.2.1 信息类型（MType位域）

LoRaWAN区分六个不同的MAC信息类型：加入请求，加入允许，不确定的数据上/下，确定的数据上/下。

表格1：MAC信息类型

4.2.1.2 数据信息

数据信息被用来传递MAC命令和请求数据，可以在单一信息中组合在一起。一个确定数据信息必须要被接收器承认，然而，未确认数据信息不需要承认。所有的信息可以用于实现不标准的信息格式，不能与标准信息共同使用，只能被用在对所有人的扩充有相同理解的设备上。信息完整在不同信息类型中的确认方式是不一样的，每种信息类型将会在下面描述。

4.2.2 数据信息的主要版本（主要位域 Major bit field）

表格2：Major list

注意：主版本指定了在加入过程中交换的信息格式（见6.2章）以及在第四章中描述的MAC Payload的头四位。对于主版本，终端设备可能实现数据包格式中较小的版本。终端设备使用的较小版本必须对网络服务器可知，提前使用超出频带的信息（例如：作为设备自身信息的一部分）。

4.3 数据信息的MAC Payload（MACPayload）

数据信息的MAC Payload，也称为数据帧，宝海一个帧头（FHDR），紧跟着一个可选择的端口域（FPort），和一个可选择的帧负载域（FRMPayload）。

4.3.1 帧头（FHDR）

FHDR包含终端设备的短设备地址，一个帧控制八位组（FCtrl），一个双八位组帧计数器（FCnt），以及用于传输MAC命令的不超过15个八位组的帧选项（FOpts）。

对于下行帧，帧头的FCtrl的内容是：

对于上行帧，帧头的FCtrl的内容是：

4.3.1.1 帧头自适应数据速率控制（在FCtrl中的ADR，ADRACKTReq）

LoRa网络允许终端设备自行使用任意一种可能的数据速率。该特性使LoRaWAN能够适应并完善静态终端设备的数据速率。这里要提到自适应数据速率（Adaptive Data Rate， ADR）。当该功能开启时，网络会尽可能使用最快的数据速率从而得到完善。

移动终端设备应该使用它们固定的默认数据速率，因为数据速率管理在移动终端在无线环境中引起快速改变时并不现实。

如果ADR位被设置，网络会通过恰当的MAC命令控制终端设备的数据速率。如果ADR位没有设置，网络将不会尝试控制终端设备的数据速率，不管接收到的信号质量。ADR位可能被终端设备或者请求的网络设置或者不设置。然而，无论何时，ADR体制应该能增长终端设备的电池寿命，使网络容量最大化。

注意：即使是移动终端设备，大部分时间也是不移动的。因此，鉴于它的移动状态，终端设备可以请求网络使用ADR完善它的数据速率。

如果终端设备为了使用比它的默认数据速率更高的的数据速率，它的数据速率被网络完善，它偶尔需要确认网络仍然接收上行数据帧。每次上行数据帧计数器增加（对于每个新的上行重复的传输，不增加计数），设备增加一个ADR_ACK_CNT计数器。在ADR_ACK_LIMIT上行（ADR_ACK_CNT gt;= ADR_ACK_LIMIT）没有得到下行回答后，它会设置ADR请求确认位（ADRACKReq）。网络需要在ADR_ACK_DELAY设置的时间内，回答一个下行数据帧。任何在上行数据帧之后接收到的下行数据帧重置ADR_ACK_CNT计数器。在终端设备接收端显示网关已经从该设备收到了上行数据的过程中，下行ACK位不需要作为应答收到被设置。如果在下一个ADR_ACK_DELAY上行期间没有收到应答（换言之，在一整个ADR_ACK_LIMIT ADR_ACK_DELAY之后），终端设备可能会通过转换到下一个更低的数据速率，提供更长的无线范围，尝试重新进行连接。每次达到ADR_ACK_LIMIT，终端设备都会进一步一步一步的降低它的数据速率。如果设备使用它的默认数据速率，ADRACKReq不能被设置。因为在这种情况

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