深入研究LoRaWAN®B类设备

介绍

在一个LoRaWAN®网络,终端设备操作的三种模式:LoRaWAN类a、B类和类中描述深入研究LoRaWAN类设备,网络只能发送消息(下行)结束设备在课堂模式在两个短的接收窗口,打开后的设备(一个发送一条消息上行)网络。然而,这些上行链路不prescheduled和可能在不可预测的时间内传输的设备。虽然这是有利于保护力量,这种力量保护付出代价。例如,终端设备类的模式不允许一个已知的反应时间,当客户应用程序或服务器需要发送一条消息到设备。

这就是LoRaWAN B类模式可以帮助。类的增强,B类模式提供定期、定时的机会结束设备从网络接收下行。所有LoRaWAN终端设备开始上课模式;然而,设备程序B级堆栈在制造业可能会转向B类模式应用程序层。

乙级:“报警”类

终端设备在B类模式提供定期接收窗口,除了那些打开时类风格上行发送到服务器。为此,一个时间同步信标广播定期通过网络通过网关,如图1所示。最后设备必须定期接受其中一个网络信标,这样就可以使其内部时钟与网络。

基于信标时间参考,终端设备可以打开接收窗口(萍槽定期)。这些萍槽可能使用的网络基础设施发起下行沟通。

图1:网络信标的机会

下行消息的传播从一个应用程序服务器B类装置如图2所示。这是一个总结的流程:

应用程序服务器(AS)下行消息队列(DL)到网络服务器(NS)
网络服务器计算下一个ping槽时间表
网络服务器计算最好的网关使用基于过去的上行接收设备和当前网关的传播计划
网络服务器队列下行到选定的网关
当达到平槽中选择开始时间,网关传输下行
同时,该设备将其接收机接收下行

当没有下行发送(大约99%的时间),网络不传递任何东西。然而,设备仍然打开接收机在萍槽的开始。当它不检测一个序言,尽快回到睡眠节约用电。

图2:灯塔流

同步信号的接收和萍槽添加额外的功耗开销相对于一个类设备;因此,一个设备是允许在类之间切换(最低功耗模式)和B类模式。

在两种模式之间进行切换的决定是用例具体和设备的应用程序层。

如果需要控制开关从网络方面,客户应用程序必须使用一个类的上行链路引发下行到应用程序层。终端设备上的应用程序层必须识别和应对请求开关在LoRaWAN modes-this过程不是管理水平。

LoRaWAN网络支持B类终端设备,网关必须能够同步播放的灯塔,它提供了一个时机参考终端设备的内部时钟。然后终端设备使用这个时间参考安排当平槽打开从网络接收潜在下行。

因为所有网关广播类B信标同步在同一频道和无线电参数,使用相同的设备范围内的几个网关将收到多个信号的叠加,都经历着不同的衰减和相位扭曲。

为了这个目的设备能够解调叠加与尽可能少的干扰信号,网关必须同步传输他们的信标时间抖动小于1微秒。

这种方式,添加的各种信号的天线装置实际上看起来像一个灯塔数据包广播多路径,因此他们可以解调。

报警时间

同步信号是通过网络网关每128秒。

连续两个信号之间的时间间隔是均匀地划分为4096平插槽。

图3:Ping插槽

128 -第二次报警期间被选为最小化之间的权衡网关传输频宽比(节省网关传输时间预算有用下行从应用程序服务器),同时最小化终端设备的功耗,因为它试图雷达追踪和跟踪灯塔。(收购灯塔,设备必须保持其接收至少一个灯塔段。)

你可以估计一个B类终端设备的功耗,首先计算空气以及时间接收窗口是活动的。

B类功率估计

下面是一个例子,如何估计B类终端设备的功耗。

B类的能量开销操作的函数:

的time-on-air灯塔,有针对性
萍的周期性插槽(应用程序驱动的)
萍槽数据速率(集的最小时间每个萍槽)
B类平均下行周期

这个数值的例子中,我们假设以下假设:

信标传输使用SF9/125kHz time-on-air ~ 160毫秒= >灯塔
萍槽周期性:32秒(设备打开一个Ping槽每16秒)
默认萍槽数据速率:SF9/125kHz
设备接收,平均每小时一个30-byte类B下行。
设备当前处方模式是10马(典型SX1272/76产品)

方程1:评估B类设备功耗

从这个例子我们可以看到,ping槽周期性32秒(这意味着设备是可获得的平均延迟16秒),贡献力量,大致由信标同步和平分萍槽的开口。

上面的表中考虑可能不精确的+ / -30 ppm RTC晶体。30 ppm / 128秒导致+ / - 4毫秒最大时间不准确。32 msec萍槽时间是足够长的时间来允许+ / - 4 msec发射器(网络)和接收器之间的偏差(设备)。为更多的信息关于这个计算,看看应用注释AN1200.23。

灯塔看起来像什么?

所有信标传输使用的罗拉调制模式被称为隐式消息头模式;即没有一个罗拉®物理头,没有CRC附加的收音机。这是可能的因为灯塔使用一个固定的编码速率和固定载荷长度。灯塔因此只由一个序言和一个固定长度的负载。

灯塔序言比默认的长。这允许终端设备实现低功耗,频宽比搜索灯塔。这有助于最大限度地降低设备的功耗在收购灯塔。

灯塔的有效载荷,BCNPayload由三部分组成:一个网络常见的一部分(也就是说,这个发送相同的数据网关),一个可选的gateway-specific部分(这部分为每个网关可能不同),和一个时间戳时间在几秒钟内从1月6日,1980年就是UTC (GPS)时代的开始。灯塔的完整性是网络常见的部分是由一个16位CRC保护。关于CRC计算的具体信息,看到最新的LoRaWAN规范。

RFU字段等于零。(RFU字段的长度是有针对性的。)

注意:在实践中,许多网络广播网络信标的共同部分,不包括gateway-specific字段。

Gateway-Specific信标元素

灯塔的gateway-specific部分载荷,当礼物,提供了额外的信息网关发送信标。因此,这部分的灯塔为每个网关可能会不同。灯塔的gateway-specific部分载荷由CRC-16计算的保护GwSpecific+RFU字段。CRC-16定义是一样的,网络常见的部分。

图4:灯塔负载

InfoDesc和信息字段

描述符的信息,InfoDesc,描述了信息领域应该如何解释。对于一个全向天线网关,InfoDesc值为0,当广播GPS坐标。相比之下,对于一个网站以扇形天线为例,第一天线广播信标InfoDesc等于0,第二个天线InfoDesc字段等于1,等等。如果InfoDesc= 0、1或2的内容信息场编码天线广播信标的GPS坐标。

表1:InfoDesc字段值

纬度和经度(纬度和液化天然气)领域内的信息现场的地理位置编码网关。

图5:信息字段格式

南北纬度编码使用签名,24位词,2²³对应于90°(南极)和2²³对应于90°(北极)。赤道对应于0。

东西经度编码使用一个签署了24位词,2²³对应于180°和2²³对应于东部180°。格林威治子午线对应于0。

灯塔采集和跟踪

如前所述,结束设备必须接受一个时机信标将其内部时基与网络同步之前,可以从类模式切换到类B曾经成功地操作在B类模式下,终端设备必须保持符合网络信标。这有助于确保设备内部的时基不会漂移而网络时间。

设备操作在B类模式可能因为很多原因暂时停止接收信标(干扰,设备进出网络的覆盖范围,等等)。

当设备暂时失去了灯塔,它依赖于其内部时钟保持打开B类同步萍插槽。LoRaWAN规范要求B类设备应该能够在B类经营模式没有接收到信标长达两个小时。

这个临时的B类操作没有灯塔beaconless操作。持有期期间,接待的灯塔指向终端设备将扩展beaconless操作另一个两个小时。

如果一个B类终端设备暂时无法接收信号,它将逐渐扩大其信标和萍槽接待窗口占其内部的任何漂移时间基础。显然,更高精度时基允许设备开放窄接待窗口,从而降低其功耗。实时时钟振荡器的准确性是非常重要的B类设备。如果一个B类终端设备没有收到灯塔在120分钟的延期时间,终端设备将返回在课堂操作模式。

和萍萍槽

基于信标时间参考,终端设备定期开放萍槽(接待窗口)。结束一个network-initiated下行设备使用其中一个ping槽称为平。网关选择传输这一萍被选中的网络服务器基于信号质量指标从去年年底上行发送设备。bet188软件下载出于这个原因,移动B类设备必须定期发送上行链路,所以下行路由路径的网络服务器可以更新数据库。

为了避免系统的碰撞和听到消息的问题,每个设备的平槽指数随机化和改变在每一个时期灯塔。

萍槽周期可能只有一秒,或者只要128秒,如图6所示。

图6:Ping槽周期性

设备定期打开萍插槽。然而,网络并不总是有下行传输。因此,大多数萍插槽不使用的网络。在这种情况下,终端设备上的接待窗口关闭无线电收发器确定就没有序言。如果一个序言是检测到,无线电收发器将继续,直到下行帧解调。MAC层将处理框架,检查地址字段匹配的设备地址,和消息完整性检查(MIC)是有效的。才将消息转发到终端设备上的应用程序层。

单播和多播的撞击声

下行可以是单播或多播。单播消息被发送到一个终端设备,而多播消息被发送到多个终端设备在同一时间。为一个多播消息要想成功,必须满足下列条件:

多播组中的所有设备必须共享相同的多播地址和相关加密密钥
所有设备必须在开放的同时,在同一频道,使用相同的数据率

注意:远程设置一个多播组,请参见LoRaWAN远程多播设置规范(v1.0.0)

乙级:上行和MAC帧命令

上行帧在B类模式有相同的结构与用于类通信,除了框架的控制(FCtrl在帧头八隅体。

图7:上行帧结构

类通信上行链路,4FCtrl八隅体设置为0。这个位设置为1,B类上行链路。设置类B为1的上行消息将信号的网络服务器设备转向了B类模式,准备接收下行ping。

因为LoRa-based设备总是开始在课堂模式,所有MAC命令为类指定一个终端设备必须在B类终端设备实现,除了这些命令专门用于B类操作。有关更多信息,请参见LoRaWAN规范,v1.0.3。

结论

通过设计,所有LoRa-based类通信终端设备支持。类设备可以随时将上行链路发送到网络服务器,并且只监听下行后立即发送上行链路。相比之下,B类设备允许可预测的时候,网络服务器可以发送下行到设备。这种可预测性的权衡是B类设备不像那些在课堂上节能模式;因此,B类设备的电池寿命短于这类设备。