Qu'est-ce que LoRaWAN

À mesure que l'Internet des objets continue de s'étendre et que ses applications deviennent plus étendues, il existe de plus en plus de points de contrôle d'accès et l'utilisation de LoRaWAN est devenue une tendance. Qu’est-ce que LoRaWAN ? Cet article donnera un aperçu technique introductif de LoRaWAN pour aider les praticiens LoRa à comprendre LoRaWAN de manière globale.

1. Qu'est-ce que LoRaWAN

LoRaWAN est un ensemble de protocoles de communication et d'architecture système conçus pour un réseau de communication longue distance LoRa. Il définit la manière dont les données sont transmises dans le réseau LoRaWAN (le réseau fait ici référence aux nœuds, passerelles et serveurs), définit le type de message, la structure des trames de données et la méthode de cryptage de sécurité ; et présente les opérations spécifiques du réseau, et explique la différence entre maître et esclave.

Diagramme de hiérarchie de protocole

Dans la conception du protocole et de l'architecture réseau, LoRaWAN prend pleinement en compte plusieurs facteurs tels que la consommation électrique des nœuds, la capacité du réseau, la qualité de service, la sécurité et la diversité des applications réseau.

2. Architecture du réseau LoRaWAN

Faisons un peu de compréhension d'un point de vue technique. Voici le schéma d'architecture du réseau dans le livre blanc officiel de l'Alliance LoRa.

On peut constater qu'une architecture réseau LoRaWAN comprend quatre parties : le terminal, la station de base, le NS (serveur réseau) et le serveur d'applications. Une topologie de réseau en étoile est adoptée entre la station de base et le terminal. En raison des caractéristiques longue distance de LoRa, une transmission à un seul saut peut être utilisée entre eux. Dans la section terminal, 6 applications typiques sont répertoriées. Il y a un détail. Vous constaterez que le nœud terminal peut envoyer vers plusieurs stations de base en même temps. La station de base transmet les données du protocole LoRaWAN entre le NS et le terminal et transporte les données LoRaWAN sur la transmission radiofréquence LoRa et TCP/IP respectivement.

Jetons un coup d'œil à cette architecture de réseau en conjonction avec l'écologie de l'industrie ci-dessous, et tout le monde pourra avoir une compréhension plus approfondie.

3. Aperçu de l'accord

• Classification des nœuds terminaux

Dans l'introduction du début, nous avons vu qu'il existe trois types d'équipements terminaux spécifiés dans l'accord, classe A/B/C, et ces trois types d'équipements couvrent essentiellement tous les scénarios d'application de l'Internet des objets. Pour votre commodité, un tableau est réalisé.

• Transmission en liaison montante et descendante des nœuds terminaux

Il s'agit du diagramme de séquence des liaisons montantes et descendantes de classe A. À l'heure actuelle, la fenêtre de réception RX1 démarre généralement 1 seconde après la liaison montante, et la fenêtre de réception RX2 démarre 2 secondes après la liaison montante.

Les classes C et A sont fondamentalement identiques, sauf que lorsque la classe A dort, elle ouvre la fenêtre de réception RX2.

La plage horaire de la classe B est plus compliquée. Il dispose d'une balise de créneau horaire synchrone et d'un créneau horaire de ping de fenêtre de réception à période fixe. Dans cet exemple, la période de la balise est de 128 secondes et la période du ping est de 32 secondes.

• Criblage des nœuds terminaux

Après avoir compris les concepts de base, vous pouvez comprendre le fonctionnement des nœuds. Avant d'envoyer et de recevoir officiellement des données, le terminal doit d'abord s'ajouter au réseau.

Il existe deux méthodes de filtrage : l'activation par liaison radio (OTAA) et l'activation par personnalisation (ABP).

Les réseaux commerciaux LoRaWAN suivent généralement le processus d'activation OTAA, afin que la sécurité puisse être garantie. Cette méthode doit préparer les trois paramètres DevEUI, AppEUI et AppKey.

DevEUI est un identifiant unique au monde similaire à IEEE EUI64, qui identifie un terminal unique. C'est l'équivalent de l'adresse MAC de l'appareil.

AppEUI est un identifiant unique au monde similaire à IEEE EUI64, qui identifie un fournisseur d'applications unique. Par exemple, chaque application de surveillance de poubelle, une application de détection de fumée, etc., ont toutes leur propre identifiant unique.

AppKey est attribué au terminal par le propriétaire de l'application.

Une fois que le terminal a lancé le processus de connexion au réseau, il envoie une commande d'ajout de réseau. Une fois que le NS (serveur réseau) aura confirmé son exactitude, il répondra au terminal et attribuera l'adresse réseau DevAddr (ID 32 bits). Les deux parties utilisent les informations pertinentes dans la réponse réseau et AppKey génère des clés de session NwkSKey et AppSKey, qui sont utilisées pour chiffrer et vérifier les données.

Si la deuxième méthode de dépistage est utilisée, c'est-à-dire l'activation de l'ABP, elle est relativement simple et grossière. Configurez directement les trois paramètres de communication finaux LoRaWAN, DevAddr, NwkSKey et AppSKey. Le processus de jointure n’est plus nécessaire. Dans ce cas, l'appareil peut envoyer directement les données de l'application.

• Envoi et réception de données

Après l'ajout du réseau, les données de l'application sont cryptées.

LoRaWAN stipule qu'il existe deux types de trames de données : Confirmées ou Non confirmées, c'est-à-dire le type qui nécessite une réponse et le type qui ne nécessite pas de réponse. Le fabricant peut choisir le type approprié en fonction des besoins de l'application.

De plus, il ressort de l'introduction qu'une considération majeure au début de la conception de LoRaWAN est de prendre en charge la diversité des applications. En plus d'utiliser AppEUI pour diviser les applications, le port d'application FPort peut également être utilisé pour traiter les données séparément pendant la transmission. La plage de valeurs de FPort est (1 ~ 223), spécifiée par la couche application.

• Mécanisme ADR

Nous savons qu'il existe une notion de facteur d'étalement dans la modulation LoRa. Différents facteurs de propagation auront des distances et des taux de transmission différents, et ils n'affecteront pas la transmission des données les uns des autres.

Pour étendre la capacité du réseau LoRaWAN, un mécanisme d'adaptation du débit LoRa (Adaptive data rate-ADR) est conçu dans le protocole. Les appareils avec des distances de transmission différentes utiliseront le débit de données le plus rapide possible en fonction des conditions de transmission. Cela rend également la transmission globale des données plus efficace.

• Commandes MAC

Visant les besoins de gestion du réseau, une série de commandes MAC sont conçues sur le protocole pour modifier les paramètres pertinents du réseau. Par exemple, le délai de la fenêtre de réception, le débit de l'appareil, etc. Dans le processus de candidature proprement dit, il est généralement rarement impliqué et temporairement ignoré.

Ce qui précède est un aperçu de base de LoRaWAN. Je pense que tout le monde devrait avoir une compréhension plus approfondie de LoRaWAN. Au cours des prochaines années, divers domaines de l'Internet des objets seront largement utilisés dans LoRaWAN, et de nouveaux problèmes pourraient également être rencontrés dans les projets réels. Mais ce n'est qu'un processus. Si vous souhaitez éviter les ennuis, vous pouvez utiliser les modules série LoRaWAN développés par certains fabricants de modules LoRa. Ces modules fournissent des commandes AT série simples, très pratiques à utiliser.