LoRaWAN 一些概念解释
本文对LoRaWAN中的一些大家不理解的概念进行说明。1 占空比（DutyCycle）维基百科-占空比中这样说：占空比（Duty Cycle）在电信领域中有如下含义：在一串理想的脉冲序列中（如方波），代表1的正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。例如：脉冲宽度1μs，信号周期4μs的脉冲序列占空比为0.25。在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。在CVSD调制（continuously variable slope delta modulation）中，比特“1”的平均比例（未完成）。在周期型的现象中，现象发生的时间与总时间的比。对于方波或其他应用场合，通常称为责任周期或工作周期（Duty Cycle）。在这里可以这样理解：节点发射LoRaWAN数据的时间1与发射周期的比值就是占空比。占空比是周期的另一种表示方式，通过比值来动态约束节点的发送周期。节点在本周期结束后才可以开始下一个周期。例如：470频段占空比 1%，节点使用该频段发送一组数据耗时 10 ms，那么这个节点的本次发送周期为T1。节点在本周期结束，也就是 T1−10ms 以后才可以再次发送数据。T1=101%=1000ms需要等待 1000−10=990ms才可以再次发送。计算过程中注意时间单位2 一致性校验码（MIC）LoRaWAN中的MIC是CMAC的四个最低有效字节，这一点在LoRaWAN协议中有说明:The MIC is calculated as follows [RFC4493]:msg = MHDR | FHDR | FPort | FRMPayloadcmac = aes128_cmac(NwkSKey, B 0 | msg)MIC = cmac[0..3]CMAC则是AES中的一个算法，开发人员直接调用AES库函数即可，而AES在openssl中有实现。CMAC描述见：维基百科-CMAC、RFC4493来源：CSDN 作者：qingchuwudi了解详情
物联网技术标准学习之NB-IOT和LoRa详解
物联网的快速发展对无线通信技术提出了更高的要求，专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的LPWAN（low-power Wide-Area Network，低功耗广域网）也快速兴起。NB-IoT与LoRa是其中的典型代表，也是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。NB-IoT和LoRa两种技术具有不同的技术和商业特性，所以在应用场景方面会有不同。这里会针对二者的区别进行阐述，并且...了解详情
LoRaWAN的起源和网络架构
作者：王志杰 来源芯资讯LoRaWAN的起源LoRaWAN缘何而来？都解决了什么问题？LoRaWAN是一种低功耗广域网规范，基于MAC层定义，面向物联网应用。该规范主要使用LoRa调制解调支持大多数的物联网应用。Semtech、Actility和IBM Research在苏黎共同制定了物联网的规范。自2014年以来，这几家公司合作设计了LoRaMAC，一个解决了物联网市场安全、能源效率、漫游和配置入网（onboarding）挑战的规范。2015年2月，LoRa联盟成立于巴塞罗那移动世界大会。 LoRaMAC被重新命名为“LoRaWAN”，成为LoRa联盟成员的规范。所有成员现在通过联盟技术委员会对本规范作出贡献。LoRaWAN 1.0规范可以从LoRa联盟网站下载，www.lora-alliance.orgLoRaWAN规范解决了广阔的物联网市场所带来的挑战，其特性包括：双向性：任何的LPWA技术提供完全双向通信是关键的；任何设备都能够向网络报告（称为UpLink消息），还可以由网络（称为DownLink消息）来控制。 这在许多方面是有意义的，例如设备的配置入网（onboarding）、网络管理和许多需要用到应答（Acknowledgement ）或设备执行机构的其他应用。安全性：分析师预估到2020年将会有数十亿的连接设备，保护物联网用户的安全是至关重要的。 LoRaWAN使用与金融行业类似的智能密钥生成机制，提供数据认证以及端到端有效载荷的加密。易于调试：如果今后要将数十亿台设备连接到网络，其配置入网（on‐boarding）的过程应该是无缝的，不需要考虑SIM卡的分发。地理定位：许多物联网应用需要设备位置跟踪。 LoRaWAN使用免GPS的地理定位功能，以合理的成本无缝地规划网络内外的设备漫游。可扩展性：这也是关键。可从数千的终端设备开始部署新的网络；但是，当需要更大容量时，可以增加基础设施最终连接数百万甚至数十亿个终端设备。标准化：通过LoRa联盟，广泛的生态系统合作伙伴都使用相同的标准来创建网络。最新版本的LoRaWAN可以从LoRaAlliance网站www.lora-alliance.org下载。关于LoRaWAN网络架构LoRaWAN网络架构图终端节点在上面的LoRaWAN网络架构图中，终端节点是在最左边，异步地广播数据包到网络。 遵循Aloha网络规范，保证终端设备可以将大部分时间处于空闲模式，功耗少于1uA。 这种方法可确保在小型电池上的应用可以实现10至15年的使用寿命。因为低功耗，LoRaWAN网络是Aloha介质访问网络规范最适合的技术选择，广域网络主要工作在ISM频段。 在免授权频段中，介质质量和可访问性不能被保证，这意味着任何类型的时隙多址技术都将会面临信道可用性问题。 时分多址，需要设备同步，可能会在终端设备上造成很大的成本，并且与LPWA中的一些用例不兼容。集中器/网关通过终端节点广播的数据包将会被网络中的一个或多个网关接受到。网关有一个多信道和多数据速率的射频嵌入式设备，可以扫描和检测任意活动信道上的数据包并对其进行解调。网关是到核心网络简单的通信通道，而且它们通常没有内置的智能处理。 这有两个主要优点：网关是由非常简单的、便宜的硬件组成不需要从单元到单元的漫游。 终端节点广播其数据包，不需要考虑哪个网关会接收它们，并且多个网关可以接收数据包，而对其能量消耗没有任何的影响。 不需要切换过程或同步。回程网关通常需要一个以太网的回程。不过，目前的一些部署使用了2G、3G或4G作为回程。 例如，在LoRaWAN生态圈里的一些公司还提出了一种替代的解决方案，在没有蜂窝网络信号覆盖的地方，使用了卫星作为回程。网络服务器核心网络是LoRaWAN系统的重要部分。 它承载所有需需的智能来管理网络并将数据分发到其他服务器。 一些功能包括：消息合并：来自多个网关相同数据包的多个副本被转发到网络服务器。 网络服务器记录这些数据包，分析数据包的接收质量，并通知网络控制器。路由：对于下行链路，网络服务器决定到终端节点的最佳路由。 通常，这个决定是基于先前传送数据包的链路质量指示，从接受的信号强度指示（Received Signal Strength Indication，RSSI）和信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）计算出来。网络控制：链路质量还有助于为某个终端节点决定最相关的通信速度或扩频因子。 这就是我们所说的ADR（Adaptive Data Rate），或自适应数据速率策略，这由网络控制器来处理。网络和网关监控：网关通常通过加密的IP链路连接到网络服务器。 网络通常包含网关管理和监控接口，允许网络提供商管理网关，处理故障情况，监控告警和其他一些功能。此外，核心网络还与其他服务器进行通信，组织漫游，连接到客户的应用服务器等等。应用服务器LoRaWAN协议支持不同类型的网络。 一些网络提供商也是应用提供商。 因此，在LoRaWAN网络架构图图中最右侧的应用服务器可以与网络服务器分别托管或与网络服务器集成在一起托管。LoRaWAN的配置入网（on‐boarding，或称为设备上载）方案已准备好支持这种“多租户网络”场景，许多不同的应用供应商提供了异构的应用。了解详情
LoRaWAN相比LoRa私有协议应用的优势
很多应用用上了LoRa技术的芯片，但没有使用LoRaWAN网络协议。有些是因为应用点数少、规模小，用LoRaWAN网络成本高。有些是因为LoRaWAN技术门槛高，短期掌握不了，遂退而求其次。但是，在未来随着物联网的规模不断扩大、应用越来越广泛，接入的监测点和控制点越来越多，使用LoRaWAN将是大势所趋。LoRa是物理层传输技术，典型特点是距离远、功耗低。速率相对较低。LoRa对应的产品就是收发器...了解详情
用于物联网无线传感器网络的低功耗长距离无线技术
作者：European Editors 来源：Digi-Ke低功耗广域网 (LPWAN) 已出现很长时间，但对物联网 (IoT) 低成本连接及功耗和成本改进的需求正引发对 LPWAN 越来越多的关注。 硅技术的改进已极大降低了功耗，可用于电池供电型无线传感器节点。 这些节点利用次 GHz 非调节式无线电频段进行长距离连接，比调节式蜂窝频带更具成本效益。然而，推广这些 LPWAN 网络需要其自身的...了解详情
唯传LoRa网关路由器测试结果惊人，稳定传输可达21.5公里
近日，唯传科技应客户需求，对GW5000网关路由器(城市级)进行了长距离测试。因客户所处区域在戈壁滩上，准备在20 公里范围内安装1200个探测设备，选用基站进行远距离数据监测和传输。考虑到客户实际需求，唯传决定在深圳区域寻找大范围空旷地带模拟客户需求环境进行现场测试。此前半年，唯传也已经多次进行LoRa最大空空通讯距离的测试，测试结果得到了Semtech公司的高度认可。7月29日，唯传公司将GW...了解详情
基于LoRaWAN的物联网生态系统介绍
什么是LoRaWANLoRaWAN是众多低功率广域网LPWAN, Low Power Wide Area Network)规范中的其中一种，它的设计目标是能够让以电池供电的装置可以部署在较广域的网络中(原文是区域级-regional, 国家级-national 或 全球级-global)。因此，注重的点是「远距离、低功耗」这类应用需求。LoRaWAN网络架构的特点采用星型网络拓扑(Star topology)，终端点的通讯是双向的(bi-directional)：即数据可收可发，LoRaWAN资料传输率可以从0.3 kbps 到 150 kbps（与距离成反比，且在未来还有进一步提升空间）。LoRa三种终端装置的 ClassLoRaWAN 将终端装置 (end-point devices)区分为 A, B, C 三类 (classes)，各自能运用远距离通信的不同需求 (有些要求很省电、有些需要很即时)。这里先说明一下 uplink 与 downlink 的意思：uplink transmission (上行传输)：终端装置传给服务器downlink transmission (下行传输)：服务器传给终端装置。Class A可双向通讯的终端装置(bi-directional end-devices)，每个装置的uplink transmission 之后接有两个短暂的 downlink receive windows 用于需要以最低功耗操作的终端装置。这种装置常常在它送出 uplink 之后，只需要与 server 端进行很短暂的 downlink 通讯 (例如只收个 ACK 而已)，在任何其他时间，从server downlink 必须等到下一次的 scheduled uplink (所以通讯没办法很即时，例如下一次的 scheduled uplink 可能是在 128 秒之后)。Class B必须至少有 A 类的功能，可双向通讯的终端装置，但有scheduled receive slots (有固定接收时槽接收服务器过来的讯息，相较于 A 类会更即时一点)，相较于 A 类的随机 receive windows，Class B 的装置会在排程的时间打开一个额外的接收窗。为了让终端装置在排程时间打开，它的 receive window，它需要从 gateway 接收一个用于时间同步的 Beacon (如此一來，服务器就能知道终端装置何时在侦听)。Class C必须至少有 A 类的功能,可双向通讯的终端装置，尽可能安排最多的 receive slots,C 类的终端装置是几乎连续地开着 receive windows，只有在发送时才关闭接收视窗,C 类对 server 于终端装置通讯带来最低的延迟 (latency)，所以即时性最好，但消耗功率最高。资料传输率与通讯距离LoRa 的资料传输率 (data rate)、通讯距离，它的资料传输率大约在 100 bps ~ 20 kbps之间，而可靠通讯距离在 5 公里的范围(实际测试也有高达10几20公里的，尤其接收器在高地直线传输情况下，参见《唯传LoRa网关路由器测试结果惊人，稳定传输可达21.5公里》)。LoRa 的传输率可以自由调整，传输率越低，传输的距离可以越远。LoRa通讯架构LoRa应用领域LoRa模块介绍低功耗LoRaWAN节点模块产品概述QBIA-00201模块的射频芯片采用的是Semtech公司的LoRa芯片SX1278，主控芯片采用STM32L151，是一款低功耗、低成本、小体积的LoRaWAN模块。QBIA-00201模块主要应用于物联网、无线传感器网络、嵌入式等低功耗需求的场景中。产品应用范围LoRa/LoRaWAN终端节点物联网抄表集中器工业控制安全警报系统...了解详情
物联网技术业务思考和展望
卢斌 中国电信股份有限公司广东研究院摘要为了分析物联网技术业务并展望其未来的发展，从对物联网业务的预测出发，归纳分析物联网可能的业务场景，分析各种场景对应的无线接入技术的优缺点，最后对物联网的发展和商业模式进行展望。一、引言经过20多年的高速发展，移动通信成为当今经济发展的推动力，在以人为中心的手机通信市场，人口普及率达到90%甚至超过100%。为了寻找新的增长点，物联网业务逐步进入无线通信产业...了解详情
知乎讨论：如何评价LoRa这项应用于低功率长距离场景的物联网传输技术？
（以下属于网友内部讨论内容，随时八方意见，却能兼听则明，仅供学习参考，不代表本站观点和立场闫国涛寻找自己我们公司专做无线模块及相关产品，其中LoRa模块及GateWay也是主推的产品，产品的性能和质量怎么样，我们自己说好有点王婆卖瓜，但用过的用户都表示不错。我们也是一家做技术的公司，产品性能和质量做不好就是打脸，这一点我们还是很注重的。若需要了解模块和网关的产品，可以登录网址广州朗威电子科技有限公司|LoRaWAN|ZigBee|Wi-Fi，或淘宝网店首页-朗威科技-淘宝网。也可电话沟通：闫先生，1380928096发布于 2017-01-21谈毅IMIO智能硬件极客平台创始人1人赞同基于大面积家庭的智能家居场景（比如100平米以上，三个房间带家具和水泥墙等等），zwave和zigbee都有明显距离短板，网关和终端的设计不好，很容易断线。相对来说，LORA的信号优势明显，IMIO创智云平台也在基于LORA推相关的智能家庭标准。看好LORA商用的发展。编辑于 2016-12-29TMT猎头有简历冲我来，别欺负HR。中兴成立中国LoRa应用联盟，两技术都布局，华为力推NB-IOT；一个非授权一个授权频段。后面应该会形成与国内运营商差异化布局吧发布于 2016-11-30ZackFu石油勘探设备工程师1人赞同LORA在某些具体行业还是有它不可替代的作用，比如说地震勘探行业。它需要长距离10km, 低功耗是因为用电池供电。另外它需要的传输速度不高30kbps就足够了。最主要的是它是自己的局域网络，保密性好。另外，可以把基站放在车，支持移动。它需要的是支持大量的终端节点1万到5万个。希望大家能够提供更多的信息，比如哪家的LORA 模块性能最好，从哪里可以买到可以信赖的gateway等。发布于 2016-09-02shoko camel物联网从业者5人赞同整体表现还可以，传的远，抗干扰。不过远距离只能在低速率配置下，看应用场景，一般物联网也够用了。———————————————-Semtech未来重点还是对LoRaWAN的支持，毕竟有标准化的路要走完。重点有两颗料SX1301+SX125x，基本上集中器就这个搭配了，Baseband+PHY有点软件无线电的感觉，这不有实力的公司都直接用FPGA自己实现基带。LoRaWAN的好处这里就不多说了，总之可以解决大容量网络无线数据碰撞的问题，而且节点测的软件不用跑算法和复杂逻辑，把这部分工作交给Concentrator似乎更符合物联网设计理念，弱化Node端是降低功耗的必要手段。———————————————-来个框图，了解一下整体结构，不要盯着LoRa/扩频通信这些技术本身。基本上很清晰，PHY出来的I/Q信号交给基带处理，再通过SPI给主控。有个小细节SX1301可以直接识别GPS的timestamp信号，用于基站间的时间同步，毕竟同步是必要的嘛。———————————————-忘记说了，这些都是开源的，在树莓派上跑了一些简单的应用。整体图Radio部分细节图———————————————-似乎就这些了，不定期关注这个技术，有兴趣的可以看一下LoRaWAN spec的Class A和Class B部分，基本够用了，实现起来也简单。———————————————-最后再来张图，这个是非常不错的项目。发布于 2016-08-18张强资深软硬件工程师我个人认为lora技术不适合运营商，用户的需求长尾而破碎。也许NB iot能构建统一的运营商物联网，但我个人觉得协议偏复杂，可能很难把联网芯片的成本做到2个美金以下。我们公司的方向帮客户构建企业级私有物联网络。这是一个高度定制化的ToB生意。这里是我们的一些实施案例：物联网IOT产品及解决方案简介发布于 2016-08-10Acejason物联网1人赞同昨天刚和Semtech的几位攻城狮聊了一下，因为我们是做Z-Wave的，感觉他们的定位也是蛮清楚的，其实芯片的功能大家都知道了，就是看怎么开发和应用，现在市场上zb,zw,ble,wifi,3g/4g.nbiot等等联盟已经蛮多了，应用的地方和场景还有开发的难易度决定了未来的市场份额，以后分的会越来越细的。。。。发布于 2016-04-07知乎用户接触过一点，看到过某公司在郊区实测，单个基站能覆盖20公里的距离，还是很强的。目前在持续观望中。微信号公众号 AUGTEK物联网观察 和 物联网智库目前都在讲这一块，里面好像有讲到国内的一些覆盖问题。发布于 2016-04-06知乎用户 物联网搬砖工Sigfox想要吃独食。Lora让很多急于在物联网方面转型的运营商看到了希望。从技术的角度来说，Lora支持定位，更适合物联网应用；从商业的角度来说，lora的系统更open，大家都能玩。发布于 2016-03-07水思源通信行业硕士在读LoRaTM是Semtech公司为远距离低功耗低速率应用开发的一个无线调制方案，它主要应用在智慧城市的建设和改造中，如智能电表，地下管网侦测等，优点就是超低的功耗，超长的续航可达10余年，在未来的万物互联中有着广泛的应用前景。发布于 2016-03-03丁盛从开发产品到开发人才1人赞同铺网做运营商不太现实，会在某些行业或区域内作为私网出现，现在来看，市政设施监测和无线抄表是lora应用比较好的领域，未来会替换掉zigbee，zigbee的数据率不大不小很尴尬。发布于 2015-12-28MikeWay运营混子，技术油子。4人赞同泻药。刚看了下技术介绍，目前布局的就几大家公司，应该属于战略布局，目前都属于观望阶段。我个人对其技术特点从应用场景的角度分析对其未来发展不是太看好，由于个人眼界有限，不当之处还请高人指正。下面解释原因：1:新型扩频技术，改善接收灵敏度（15公里，10mA接收电流，睡眠电流<200mA），从替代Wi-Fi或3/4G的角度来说，其技术本身对个体流量带宽的承载太小，做近场通讯控制民用市场绝对是BLE的天下，工业那块有倒是有使用的可能，毕竟不需要授权，而且工业环境对距离的要求确实比民用的要求高。2:定位机遇信号的空中传输时间而非RSSI（接收信号强度指标），精度5m@10公里范围。大范围的定位指示依靠GPS能满足要求，小范围定位iBeacon不会比它差，如果两边都不能讨好的话那使用它有什么益处？3:最关键的是其他技术在手机中都有成熟的应用，如果想让这项新技术高速发展必须进入民用市场，这中间的难度系数有多大？需要整合的资源有多少？在有Wi-Fi，3/4G，蓝牙的情况下，增加这项技术到手机终端的可能性有多大？4:家庭智能设备如果要选择这项技术的话没有看出其比zigbee、蓝牙、Wi-Fi作为接入接口的优势，想吞噬已有的市场份额没有强大的动力（技术或成本优势）基本很难做到。5:其他无限技术都是有诸多应用，坑也早被人趟过了，新技术带来的新坑有多少厂商愿意去趟呢？目前来看我所能想象的到的方向基本都在工业应用了。了解详情
LoRaWAN介绍12 唤醒误差
“我若数点，比海沙更多； 我睡醒的时候，仍和你同在。”— (诗篇139：17-18理想情况下，Gateway和End Nodes在精确的时间点完成唤醒通信，然而，晶振的误差，使End Nodes会在该“理想时刻”点徘徊。为保证唤醒通信的成功率，End Nodes需要根据晶振误差，打开一个时间窗口与Gateway“幽会”。1 唤醒窗口LoRaWAN的Class B规定，Gateway发送的数据帧包含8个symbols的preamble（前导码），End Nodes至少需要5个symbols的preamble来同步接收。换一句话说，Gateway和End Nodes需要5个symbols的时间窗口是重叠的，才能保证本次唤醒通信成功。如下图所示，一次成功的唤醒通信有3个重要的参数：RxOffset：Gateway开始发送与End Nodes最佳启动接收的时间差；RxWindow：End Nodes开启接收的时间窗口长度；RxError：End Nodes因晶振误差带来的时钟漂移。2 最早与最迟时刻点以Gateway开始发送时刻为基准，End Nodes有2个边界时间值：T_RX_early和T_RX_late，至少需要5个symbols的重叠，因此有如下公式：T_RX_late = 3 x Tsymb (1)T_RX_early = 5 x Tsymb – RxWindow (2)因晶振误差导致的RxError，落在T_RX_early和T_RX_late之间，因此有公式：T_RX_late – T_RX_early = 2 x RxError (3)为了达到最佳唤醒成功率，EndNodes的开启接收时刻，应位于T_RX_early和T_RX_late的中心，因此有：RxOffset = (T_RX_late + T_RX_early) / 2 (4)在上述时间中，RxError是已知的（它依赖于晶振的固有误差和温度的变化…），需要求解的是：RxWindow：它的值决定End Nodes开启多长时间的接收窗口；RxOffset：它的值决定End Nodes是“提前”还是“推后”开启接收。拿公式(1)减公式(2)，结合公式(3)，则有如下公式(4)：RxWindow= 2 x Tsymb + 2 x RxError (5)拿公式(1)加公式(2)，结合公式(5)，则有如下公式(6)：RxOffset= 4 x Tsymb – RxWindow / 2 (6)3 应用实例实例1某End Node的晶振误差在睡眠1秒后可达到+/- 1.5ms，它工作在SF7/125kHz无线条件下，试推导RxWindow和RxOffset的值。已知RxError =1.5ms；SF7/125kHz下，Tsymb = 1ms；根据公式(5)和(6)有：RxWindow = 2 x Tsymb + 2 x RxError = 2 x 1+ 2 x 1.5 = 5msRxOffset = 4 x Tsymb – RxWindow / 2 = 4 x 1– 5 / 2 = 1.5ms小结：该End Node应该“推迟”1.5ms开启接收，窗口时间值为5ms.实例2某End Node的晶振误差在睡眠1秒后可达到+/- 20ms，它工作在SF7/125kHz无线条件下，试推导RxWindow和RxOffset的值。已知RxError = 20ms；SF7/125kHz下，Tsymb = 1ms；根据公式(5)和(6)有：RxWindow = 2 x Tsymb + 2 x RxError = 2 x 1+ 2 x 20 = 42msRxOffset = 4 x Tsymb – RxWindow / 2 = 4 x 1– 42 / 2 = -17ms小结：该End Node应该“提前”17ms开启接收，窗口时间值为42ms.实例3某End Node的晶振误差在睡眠1秒后可达到+/- 20ms，它工作在SF10/125kHz无线条件下，试推导RxWindow和RxOffset的值。已知RxError = 20ms；SF10/125kHz下，Tsymb =8.2ms；根据公式(5)和(6)有：RxWindow = 2 x Tsymb + 2 x RxError = 2 x 8.2+ 2 x 20 = 56.4ms考虑RxWindow需要取symbol的整数倍，且大小或等于56.4ms，有：RxWindow = 7 x Tsymb = 7 x 8.2 = 57.4ms，RxOffset = 4 x Tsymb – RxWindow / 2 = 4 x 8.2– 57.4 / 2 = 4.1ms小结：该End Node应该“延迟”4.1ms开启接收，窗口时间值为57.4ms.4 常用误差与窗口| RxError = +/- 1.5ms, BW = 125kH | ||||
| S | Tsym... | |||
LoRaWAN介绍11 唤醒通信
“矛盾是一切运动和生命的根源。”--〔德〕黑格尔：《大逻辑在无线通信设计中有一个矛盾的地方：一方面，为了节能，要求节点尽可能长时间地休眠；另一方面，为了快速通信，要求服务器尽可能快地唤醒节点。缓解该矛盾的办法是：约定唤醒、时钟同步和避免冲突。本文通过对LoRaWAN的Class B唤醒通信的分析，您将会看到设计一个物联网不得不在诸多因素中作出折中，即“两害相权取其轻”。1 切换Class 一个...了解详情
LoRaWAN介绍10 定位
“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处。”–《青玉案·元夕无论是追踪老人、小孩和宠物，还是查找资产和贵重物品，节点定位是物联网中高附加值的应用。LoRa宣称，使用3个或多个Gateway而产生TDOA（Time Difference of Arrival，到达时间差）能实现“不依赖其他设备”定位。本文一起来分析下定位的原理和基于LoRa可能的方案。1 一个TDOA的故事在大街上行走的人...了解详情
LoRaWAN介绍9 安全
“引到永生，那门是窄的，路是小的，找著的人也少。”–《马太福音安全对于物联网设备来说很重要，因为他们经常部署在重要的基础设施中。同时，节点在物理上是分布式系统，无线信道很容易被攻击者监听，这些给安全带来更多的挑战。LoRaWAN使用了双重128AES加密机制，以提供安全的通信机制，达到安全的3个要素：保密性、完整性和可用性。1 双密钥的来源在《LoRaWAN介绍7 入网》中提到，LoRaWAN使用2 个密钥：NwkSKey和AppSKey，它们分别对应用层数据和MAC协议帧加密。那么，这2个密钥是怎么来的呢？如果是ABP模式，这2个密钥是在Server和End Nodes双方同步配置。如果是OTAA模式，这2个密钥是按如下公式计算出来的：NwkSKey=aes128_encrypt(AppKey,0x01|AppNonce|NetID|DevNonce|pad16)AppSKey=aes128_encrypt(AppKey,0x02|AppNonce|NetID|DevNonce|pad16)现在，一起检查下这2个密钥的安全性。首先，AppKey是Server和End Nodes的根密钥（至关重要），双方共同拥有，并且不曾参与通信交换，因此攻击者无法通过窃听无线电而破解。Server回复AppNonce和NetID给End Nodes时，使用了基于AppKey的128AES加密，攻击者可以窃听无线电，但很难破解该密文。剩下DevNonce，我们在后续分析它的安全，以及如果防范攻击。2 双重加密逻辑首先，FRMPayload（可以是应用数据，也可以是MAC命令）的明文，通过128AES加密，生成密文。细心的人会发现，为什么Key依赖于FPort的值呢？因为，FPort=0，代表MAC命令，使用NwkSKey密钥；FPort=1~255，代表应用数据，使用AppSKey密钥。这是为了取得信息“保密性”。然后，基于NwkSKey，生成CMAC（Cipher-based MessageAuthentication Code，基于密文消息认证码），取最后4字节做为MIC（Message Integrity Code，消息完整码）。这是为了取得信息“完整性”。因为双方都具备相同的2个Key，而128AES是对称加密机制，Server和End Nodes都可以有效使用该机制。即达到信息的“可用性”。加密过程如下图所示：对密码学熟悉的人们会发现，FRMPayload的加密不具备“完整性”，换一句话说，网络层虽然无法破解应用密文，但可以篡改应用密文，而接收方无法查觉。在LoRaWAN的Server架构中，NS（Network Server）负责网络层，一般情况下认为它是可信设备；如果对安全要求非常高的系统，那么需要在FRMPayload中内嵌MAC（消息认证码），来确保完整性。3 防止重播攻击我们回到OTAA的入网申请Join Request数据帧，此时，因为End Nodes没有办法生成2个Key，所以Join Request是以明文发送的，这可以被攻击者窃取。想象这样一个场景，某Nod#A发送Join Request帧，Server回复Join Accept帧，双方都生成2个Key，准备进行正常的网络通信。此时，攻击者重播窃取的Join Request帧，Server回复Join Accept并生成新的Key。错误出现了：该Node#A（持旧Key）和Server（持新Key），会因为Key不一致导致通信失败。为防止上述重播攻击，LoRaWAN要求Server保存上一次通信的DevNonce，仅当Node完成第一次UPLINK后，才能删除上一次DevNonce。这样，攻击者一旦重播Join Request帧，Server发现DevNonce是相同的，拒绝回复。有一个疑问，攻击者为什么不“伪造”Join Request帧呢？不是明文吗？我们看Join Request帧是受“完整性”保护的，如下：camc=aes128_cmac(AppKey,MHDR | AppEUI | DevEUI| DevNonce)MIC=cmac[0…3]攻击者没有AppKey，它发送“伪造”的Join Request帧，Server检测发现MIC错误，将会拒绝回复！4 管理密钥对于ABP入网机制，因为NwkSKey和AppSKey都是直接存储在End Nodes，特别小心，千万不要基于公开的信息来生成这2个Key，如：DevAddr，攻击者可以窃取该值。AppKey是根密钥，千万要小心保管！现代的加密机制，可靠度很高，暴力破解的难度非常大，大部分漏洞出在密钥上（密钥等于用户名、使用简单密钥、密钥泄露、基于公开信息生成等）。如果不保管好钥匙，再精致牢固的锁，也会被窃贼轻易打开！文章来源：程序园了解详情
LoRaWAN介绍8 服务质量（QoS）
“美好的东西在质不在量。”–伊索QoS（Quality of Service，服务质量）是一个网络的重要指标。SX1301基带芯片的多通道和多速率特性，提供了较高带宽；LoRa扩频调制，提供了长距离和较佳的抗干扰特性，这些是硬件提供的基础。QoS的其他方面：网络管理、自适应速率、可靠通信、快速下发和丢帧检测等，由LoRaWAN协议实现。1 网络管理实现一个网络的QoS，必须提供管理功能。LoRaW...了解详情
LoRaWAN介绍7 入网
“生命在他里头，这生命就是人的光。光照在黑暗里，黑暗却不接受光。”–《新约·约翰福音End Node要加入LoRaWAN网络，首先需要赋值和激活。一般说来，有2种方法完成入网：ABP（Activation by Personalization，个性化激活）和OTAA（Over-the-Air Activation，空中激活）。1 ABABP是一种简单的入网机制，同时，它也不太安全，适合于建设私...了解详情
LoRaWAN介绍6 部署
“历史不会重复自己，但会压着同样的韵脚。”--马克.吐温Orange在法国1300个城镇部署LoRaWAN网络，比利时、荷兰、匈牙利等部署国家或地区级的LoRaWAN网络……为什么都是欧洲？准确地说是欧洲小国，因为面积小，较少的投资即可覆盖全境范围。1 一个成功的WiFi网络2006年，FON公司发起一个建立全球性的无线大网的项目。购买一个FON的WiFi路由器，将它连接到Internet，您就可以在其他地方免费使用FON路由器的WiFi网络，地图上标识了每个FON路由器的位置。如果没有自己的FON路由器，您仍然可以使用FON的WiFi网络，当然，这是需要付费的。FON公司很成功，全球超过3350万个热点，年增长率200％，已经成为世界上最大的Wifi网络。2 LoRa能否效仿？如果LoRa效仿FON公司在WiFi上建设，那么将会有如下逻辑：a. 采购一个定制的LoRa Gateway，将其连接到Internet之上，保持24/7工作；b. 只要您购买的Gateway在线，您就可以连接一定数量的Nodes到全球网络；c. 如果您需要连接Nodes到没有LoRa覆盖的区域（通过地图可以查看），可以购买与安装新的Gateway，您可以获得连接对应Nodes的数量；d. 如果需要连接更多的Nodes（超过免费权限），您可以获取折扣价，作为帮助建设LoRa网络的回报；e. 没有自己Gateway的用户，需要为连接Nodes支付网络费用；f. 可以为科研与学生提供一些免费的LoRa连接带宽。3 演出相同的故事今天，Loriot、TheThingsNetwork、Sertone、Archos PicoWan这些商业公司，都在干同样的事情：建立一个全球、群集、便宜、公共的LoRaWAN网络，彼此之间的商业模式差异很小。其中Archos PicoWan颇具雄心，他们计划在欧洲部署20万个免费的微网LoRaWAN Gateway，2016年，该项目得到1200万欧元的投资。即，把LoRa物联网服务做成可出售的商品，这个市场很大，通过收取Nodes连接费用和后续增值服务来赢利。4 LoRaWAN真正的舞台无论是电信运营商，还是雄心勃勃的物联网公司，要建立一个公共（国家或区域级）的LoRaWAN物联网，都需要巨大的基础投入，并且赢利周期较长；对于全球经济不景气的当下，资金和预期都有很大的挑战。LoRaWAN最适合的场景，很可能第一个大规模应用，是基于工业4.0（智能制造）的测控。原因在于，投资它，几乎能“立竿见影”地获得收益。了解详情