了解LoRa基础™调制解调器- e

LR1110 -一个芯片有两种“口味”

LoRa Edge™LR1110默认配置为收发器。核心收发器功能具有LoRa®功能，最大限度地减少电流消耗，同时提供超远距离扩频通信和高抗干扰性。Semtech的专利LoRa调制技术，用于SX127X, SX126X和LR1110器件，可以通过低成本的晶体和材料清单实现超过-148dBm的灵敏度。高灵敏度，结合集成+20 dBm功率放大器，产生行业领先的链路预算。这使得它最适合任何需要范围或健壮性的应用程序。与传统调制技术相比，LoRa在阻塞和选择性方面具有显著优势，解决了传统设计在距离、抗干扰性和能量消耗之间的折衷问题。

收发器的固件

当为LoRaWAN®使用收发器时，终端节点设计的架构有应用程序处理器托管LoRaWAN堆栈(支持LoRaWAN MAC的逻辑)，以及应用程序逻辑(读取传感器，发送更新，休眠，唤醒等)。LoRaWAN堆栈和与LoRaWAN网络服务器的交互(包括Join和数据传输)将由应用程序处理器负责。但是，同样的LR1110可以使用LoRa Basics™调制解调器- e固件堆栈进行修改。

LoRa基础调制解调器- e固件

调制解调器- e固件增加了许多特性来抽象收发器功能的操作。调制解调器- e固件允许开发人员在LR1110的高层工作，将LoRaWAN协议的细节和所有通信留给固件。调制解调器- e固件使用单个API命令来实现网络的所有交互。通过Modem-E接口的单个命令示例有:加入网络、发送数据包和完成Wi-Fi扫描。调制解调器- e固件还解锁了LoRa Cloud™支持的大量其他自动化服务，您可以通过与LR1110芯片的简单串行接口利用这些服务。这样，作为终端节点开发人员，您就可以专注于应用程序本身的关键方面，并将通信功能分配给带有LoRa Basics调制解调器- e固件的LR1110。

接下来的几节将回顾LoRa Basics调制解调器- e固件的功能，并提供收发器和调制解调器- e固件版本之间的高级比较。

LoRa基础调制解调器- e功能集

LoRa Basics Modem-E的功能包括:

• LoRaWAN协议版本1.0.3,A类，EU863 & US902区域参数
• 加入流程
• 单命令数据上传
• 全自动设备管理服务(通过Semtech的LoRa云设备和应用服务提供)
  • 设备配置
    • ADR概要
    • 报告时间间隔
    • 监管区域
    • 特定于应用程序的状态
    • 应用层时钟同步数据
  • 设备状态
    • 电池电压
    • 充电计数器/电池寿命预测
    • 温度
    • 最后一次下行信噪比/RSSI强度
    • 从上次重置开始的持续时间
    • 自上次下行以来的持续时间
    • 固件CRC
    • 崩溃日志数据
    • 调制解调器复位计数
    • GNSS年鉴状态
    • GNSS年鉴调试响应
  • 单命令大文件传输上行链路
  • 单命令可靠八字节流编码(防丢包恢复)
  • 时钟同步
  • OTA补丁更新(即将发布)
  • FUOTA单播、FUOTA组播(即将推出)
• 单命令GNSS扫描
• 单命令被动Wi-Fi扫描
• 自动GNSS辅助，包括年鉴和定时信息(更快的GNSS扫描时间)
• 远程重置和重键
• LoRaWAN的LBT支持(仅限日本)
• LoRaWAN规范的未来升级和其他新功能

比较:收发器vs. LoRa Basics Modem-E

下表显示了收发器和LoRa Basics调制解调器- e固件之间的功能差异:

图2显示了使用收发器和使用调制解调器- e固件的典型终端节点中的主要元素。

图2:收发端节点与调制解调器- e端节点的对比

为LoRaWAN网络准备LoRa基础调制解调器- e

LoRa Basics调制解调器- e从工厂发货，配置为LoRa Edge收发器。收发器功能包含LoRa的所有核心功能，并具有LoRaWAN芯片供应密钥的安全存储。但是，为了自动利用LoRa Cloud API的所有集成功能，收发器必须在作为产品发布之前使用LoRa Basics调制解调器- e固件进行更新。

升级LoRa Edge LR1110收发器到
LoRa基本调制解调器e

用于升级收发器的终端设备组装过程中的习惯点将在设备生产线上。提供了LoRa基础调制解调器- e全嵌入式固件映像。为了将LR1110从收发模式转换为调制解调器- e，调制解调器- e固件必须从收发器的主控制器通过如图3所示的SPI接口加载到正在运行的LR1110收发器上。LR1110引导加载程序将验证固件并允许进一步执行。只有Semtech提供的固件映像才能在LR1110上运行。LR1110还将支持补丁更新，通常用于现场维护。

图3:使用外部主机编程调制解调器- e固件

访问DevEUI, AppEUI和PIN:两种方法

LoRa Basics Modem-E专为简单、安全的配置而设计。它在LoRa云设备加入服务上预先配置。要访问此服务，必须直接从LoRa Basics Modem-E提取配置信息。这些信息可以在任何时候提取;但是，收集和可能使用供应信息的逻辑时间是在设备固件更新期间(或之后)。基本的供应信息是DevEUI(也是ChipEUI)和PIN/Claim Code。也可以为需要此值的应用程序指定AppEUI/JoinEUI。

提取此数据的第一种方法是使用LR1110 SPI接口GetChipEUIDevEUI/ChipEUI和DeriveRootKeysAndGetPin命令输入个人识别码/索偿码。或者，您可以使用调制解调器命令(一旦加载了LoRa Basics调制解调器- e固件)，并通过调制解调器接口使用GetChipEui而且GetPin命令，分别用于DevEUI和PIN/Claim Code。

无论您使用哪种方法提取DevEUI/ChipEUI和PIN/Claim Code，您都需要这些数据通过LoRa Cloud device Join服务来提供设备。

LoRa基本调制解调器- e部署

开发LR1110的一个关键激励因素是简化和保障LoRa设备的配置过程。虽然LoRaWAN规范中内置了端到端安全性，但设备安全密钥的处理方式可能令人困惑且不安全。通过将业界领先的安全性直接构建到芯片中，用于保护LoRaWAN网络上设备的身份以及发送到设备和从设备发送的流量的密钥永远不会暴露在安全的网络系统之外。因此，不需要文件、数据库、打印输出或其他不太健壮的方法来分发这些密钥。通过LoRa Basics调制解调器- e接口直接访问发放信息，然后通过LoRa Cloud device Join服务用于发放设备。一旦设备通过LoRa云设备加入服务被认取，网络将对设备进行身份验证，并使LoRaWAN流量安全地流向指定的LoRaWAN网络服务器。

使用LoRa Basics调制解调器- e固件部署终端节点所涉及的步骤如下:

1. 创建一个LoRa云门户帐户
2. 在您的帐户中创建一个应用程序ID
3. 使用DevEUI和索赔/PIN码索赔设备
4. 为您的应用程序和设备选择一个LoRaWAN网络服务器

新的LR1110芯片组的一个主要特点是LoRaWAN的密钥安全地嵌入在设备上，并且在制造和部署过程中永远不会暴露。

将网络服务器映射到应用程序ID的目的是为了在使用该网络服务器时设置特定的参数来处理数据。用于每个应用程序定义的两个常见设置是网络服务器而且wrapkey．的网络服务器是将与此应用程序所有者配置相关联的LoRaWAN网络服务器的标识符。的wrapkey是用于从LoRaWAN会话加密AppSKey的特定令牌。(未加密的AppSKey用于LoRaWAN中设备与应用服务器之间的LoRaWAN有效载荷数据加密。)的wrapkey可以为空，表示AppSKey将不经过加密从LoRaWAN网络服务器传递到应用程序服务器。有关使用AppSKey的更多信息，请参阅LoRa云设备连接文档．

一旦在LoRa云设备服务器上为您的应用程序ID配置了网络服务器，就可以执行设备连接过程。看到来自声称的设备的连接请求的网络服务器将其转发到LoRa云设备连接服务。反过来，设备连接服务将安全地访问设备的根密钥，并在硬件安全模块(HSM)上处理它们。[1]，它派生会话密钥并将它们与Join Response一起返回给网络服务器。如果一个wrapkey为与网络服务器关联的应用程序定义，AppSKey将加密返回。否则，AppSKey将是纯文本。网络服务器将向设备发送连接响应。在接收到连接响应后，一旦从设备向网络服务器发送数据消息，连接将完成，设备将被配置为在该网络服务器上操作。图4展示了Device Join的流程:

图4:设备连接流程

LoRa Basics Modem-E操作

LoRa基础调制解调器- e在设计时考虑了与LoRa云服务的集成。LoRa云服务提供了一个基于云的界面，用于自动化和简化具有LoRa功能的设备可用的一些最有用的任务。到目前为止，我们已经讨论了LoRa云设备加入服务。还有另外两项LoRa云服务:LoRa云设备和应用服务以及LoRa云地理定位服务。

LoRa云设备和应用服务

这些服务包括以下功能:

1. 定期传达信息信息，例如:
   • 系统状态，固件版本
   • 电荷，电压，温度
   • 下行信号质量bet188软件下载
   • 正常运行时间，自上次下行以来的时间
   • 设备EUI，加入EUI
   • 应用程序特定的状态字节
2. 触发客户端发起的管理命令，例如:
   • 静音,再次加入
   • 软复位，出厂复位
   • 检索崩溃日志
   • 改变区域
   • 设置ADR概要
   • 修改周期信息消息的上报间隔
3. 运行高级的应用层协议，解决常见的LoRaWAN用例，例如:
   • 可靠八位数流编码(ROSE)
   • 大文件上传到网络
   • 应用层时钟同步(ALCSYNC)

设备和应用服务的目标是将管理大型物联网设备组的所有最重要功能结合到一个单一的服务中。为监控电池寿命和管理固件等功能提供单一接口，极大地简化了单个网络上数千或数百万设备的操作。这种能力允许开发人员和系统集成商专注于他们应用程序的真正价值，而不必首先开发所需的所有支持功能，例如将大文件从设备传输到某些客户可能需要的网络的能力。

设备和应用程序服务完全兼容LoRa基础调制解调器- e功能。这意味着LoRa Basics Modem-E可以利用这些特性，而不需要在设备或网络上开发应用程序代码就可以访问这些特性。

图5显示了从LoRa Basics调制解调器- e设备到LoRaWAN网络服务器的数据流。网络服务器将所有流量转发到应用程序提供程序。其中一些流量有一个特殊的应用程序端口号(199)，路由到设备和应用程序服务。不通过端口199的常规流量将不加修改地传递给应用程序逻辑。

图5:从LoRa Basics Modem-E到设备和应用服务的流程

所有者和令牌

为了对给定的LoRa Basics Modem-E设备使用设备和应用程序服务，您必须创建一个应用程序所有者，然后创建一个令牌用于将数据传输到设备和应用程序服务。

若要创建可以使用设备和应用程序服务的应用程序所有者，请首先登录您的LoRa Cloud帐户(https://www.loracloud.com)，然后选择LoRa云设备和应用服务．在设备和应用程序服务登录页中，选择管理的主人．在管理的主人页，您将创建一个或多个所有者，然后设置当前活动的所有者。

添加设备

设备可以通过设备和应用程序服务API进行管理，也可以直接从LoRa云设备和应用程序服务web门户进行管理。的管理设备Link用于为特定的应用程序所有者添加设备。将设备添加到管理设备列表所需的信息是DevEUI。设备可以一次添加一个，也可以通过提交要添加的设备列表批量添加。

路由数据

创建令牌后，它将用于设备和应用程序服务的API中，用于与服务之间的数据传输。当您看到端口199时，将令牌发送到设备和应用程序服务。

设备和应用程序服务API实现为HTTP RESTful接口，支持GET、PUT、POST和DELETE。大多数报告将返回当前状态。设备和应用程序服务的某些输入需要多次上传才能返回完整的结果，例如，大文件上传。对于需要多次上传的情况，将返回一个简单的“UPLINK_RESPONSE”，不返回任何数据。有关详细信息，请参见LoRa云设备和应用程序服务文档．

LoRa云地理定位服务

LoRa Basics调制解调器- e具有内置的地理定位功能。这些信息可以发送到LoRa云地理定位API，以估计设备的位置。当网关接收到LoRa Basics调制解调器- e设备发送的数据包时，网关还会生成接收信号强度、信噪比、到达时间(TOA)或到达时间差(TDOA)等元数据。当来自网关的元数据被组装成一个合适的查询并通过LoRa云地理定位API传输时，该服务就能够计算出设备的位置。

服务类型

有三种可用的定位技术:LoRa、Wi-Fi和GNSS。LoRa方法使用来自设备信号的信号强度、信号定时和其他元数据来计算位置。类似地，Wi-Fi方法使用设备范围内Wi-Fi接入点的信号强度来估计设备的位置。最后，LoRa Basics调制解调器- e可以测量来自多个GNSS卫星源的定时信息，并根据这些信号估计设备的位置。

订阅级别和令牌

LoRa云地理定位服务有不同的订阅级别。最适合您需求的订阅将取决于给定应用程序将使用的每月流量级别。例如，无论订阅级别如何，每个帐户都将有两个默认令牌，主要令牌和次要令牌。与两个令牌相关联的合并流量将被累积。累计总数将计入每月总数。对于免费的入门级，每个月最多可以计算出1000个位置。如果你需要在一个月内计算超过1000个地点，可以使用付费计划。付费计划的订阅级别从计算数十万个地点到数百万个地点不等。登录LoRa云门户看看管理订阅页中的LoRa云地理定位有关定价计划的进一步信息。

获取位置结果

要使用LoRa云地理定位API，您需要LoRa Basics调制解调器- e提供的LoRa信号、Wi-Fi扫描或GNSS测量的扫描信息。LoRa信号和Wi-Fi扫描结果将通过主令牌或辅助令牌传递给API。对于LoRa信号，这可以包括RSSI和SNR信息以及TDOA信息。如果要将来自加密源的TDOA信息传递给API进行处理，则必须在将其发送到Geolocation API之前对其进行解密。

GNSS测量数据通过Geolocation API v3接口传递到Geolocation Service。地理定位服务将处理传递给API的测量值到位置。通过GNSS辅助计时和卫星年历精度，可以增强GNSS性能。此GNSS协助信息可通过LoRa云设备和应用服务提供。

为GNSS辅助获取年历数据

GNSS通过利用从卫星到接收器(在这种情况下是LoRa Basics调制解调器- e设备)的测距测量来运行。通过提供有关GNSS卫星和当前当地条件的信息，可以改进信号的采集。LoRa云设备和应用服务允许通过时钟同步协议向LoRa Basics调制解调器- e提供定时信息。此外，还有两种支持级别的年鉴帮助，用于提供GNSS卫星预测。这两个历书是完整的历书，和“有效的”(即，紧凑的)历书。完整的年历正如它所宣称的那样——它包含了完整的年历数据。的非常高效。版本针对较低的通信带宽进行了优化。随着时间的推移，真实的卫星位置会偏离固定的年历参数，无论您使用的是哪种年历。这意味着年历必须定期更新。设备和应用程序服务的设计允许定期进行这些更新。

结论:LoRa Basics Modem-E的价值

LoRa Basics调制解调器- e是一种新的操作范例，它使用高度集成的网络架构来使用和管理新一代物联网产品。它无缝地将设备供应、管理、操作和本地化集成到一组api中，为LoRa Basics调制解调器- e设备启用。组合的功能不仅使集成到终端设备更容易，而且允许在网络基础设施中提供可扩展的解决方案——所有这些都需要最少的开发。该解决方案采用现代、低功耗、远程LoRaWAN基础设施开发，从而确保了互操作性和强大的创新生态系统。