LoRaWAN終端入網(wǎng)

LoRaWAN與NBIoT不同之一是入網(wǎng)方式。首先它適用于私有網(wǎng)絡(luò)和公有網(wǎng)絡(luò)(如果法規(guī)允許)。其次,不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的終端數(shù)量和入網(wǎng)方式可能是不一樣的。LoRaWAN支持ABP和OTAA方式。

ABP,Activation By Personalization

所謂Personalization就是生產(chǎn)環(huán)節(jié)預(yù)配置錄入的方式。在設(shè)備個性化時,把三個參數(shù)直接分別燒錄到設(shè)備NVMEM和云端數(shù)據(jù)庫中。流程簡單,容易理解。但是相對安全性較低,適合私有網(wǎng)絡(luò)。這三個參數(shù)是:

  • DevAddr: 設(shè)備地址 (32bit)
  • NwkSKey: 網(wǎng)絡(luò)會話秘鑰 (128bit)
  • AppSKey: 應(yīng)用會話秘鑰 (128bit)

一般來說,由MCU的UID串號通過算法得到64bit DevEUI,繼而由云端生成DevAddr/NwkSKey/AppSKey,并且錄入到對應(yīng)設(shè)備中。這樣可以實現(xiàn)每臺設(shè)備與三個參數(shù)一一對應(yīng)。

ABP在生產(chǎn)環(huán)節(jié)多了一個工位,但是注冊流程簡單。

OTAA,Over the Air Activation

空口激活,即空白設(shè)備通過LoRaWAN的空中通道實現(xiàn)設(shè)備激活入網(wǎng)。

空白設(shè)備入網(wǎng)需要三個原始參數(shù):

  • AppEUI: 在某些代碼中被寫成ArtEUI
  • DevEUI:
  • DevKey:

推導(dǎo)算法

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上圖來自Rime博客

首先,生產(chǎn)環(huán)節(jié)依然要燒錄AppEUI/DevEUI,其中AppEUI是要燒錄的,而DevEUI來自UID。

其次,上傳Join Request報文中,包括AppEUI/DevEUI和DevNonce,所謂DevNonce就是隨機數(shù),可以來自網(wǎng)絡(luò)RSSI或者時間戳。

第三,在服務(wù)器中生成AppNonce/NetID/DevAddr,其中AppNonce是隨機產(chǎn)生的,而NetID則與網(wǎng)絡(luò)有關(guān),DevAddr是從一個地址池中獲取。

第四,產(chǎn)生主密鑰AppKey,與DevAddr一起通過Join Accept報文下發(fā)給終端。

最后,設(shè)備將DevAddr,并且通過主密鑰推導(dǎo)出NwkSKey/AppSKey兩個秘鑰,保存在NVMEM中。

之后的通訊,設(shè)備都是通過DevAddr/NwkSKey/AppSKey進行通訊的。

這里面沒有基站網(wǎng)關(guān)出現(xiàn),是因為在網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)關(guān)不涉及到LoRaWAN的MAC層,所有報文交換發(fā)生在MAC層中。在實際網(wǎng)絡(luò)中,由于設(shè)備漫游等需求,此類密集的入網(wǎng)請求,需要在多個Join Server間進行處理。

其他

入網(wǎng)還需要避免集中入網(wǎng)導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)堵塞,以及感知信道等。

但是上圖中,AppKey是加密后傳輸給終端的,但是AES128的Key/IV是如何產(chǎn)生的沒有說明,難道是從AppEUI/DevEUI中產(chǎn)生的?位數(shù)倒是正好128bit。

隱憂

由于LoRaWAN起源于私有網(wǎng)絡(luò),未來發(fā)生公有和私有網(wǎng)絡(luò)彼此覆蓋的問題。加上LoRaWAN覆蓋范圍較大,同頻干擾、同類架構(gòu)彼此覆蓋的情況可能會出現(xiàn)。好在不同頻段還是可以通過頻段和調(diào)制度避免這些問題。但是基于微基站的漫游交換,復(fù)雜度不低。

所以,暫時還就是停留在私有網(wǎng)絡(luò)比較合乎現(xiàn)實。

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