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Acerca de la clasificación y acceso a la red de los nodos terminales LoRaWAN


 

1. Clasificación de equipos

La especificación LoRaWAN define tres tipos de dispositivos: Clase A, Clase B y Clase C. Estos tres tipos de dispositivos pueden cubrir básicamente todos los escenarios de aplicación de Internet de las cosas. Todos los dispositivos LoRaWAN deben implementar la Clase A, mientras que la Clase B y la Clase C son extensiones de la especificación del dispositivo Clase A y todas las clases de dispositivos admiten comunicación bidireccional (enlace ascendente y descendente).

 

Nota: El dispositivo terminal no puede enviar mensajes de enlace ascendente mientras recibe mensajes de enlace descendente.

Nodo final LoRaWAN

 

① Clase A

 

Todos los dispositivos finales LoRaWAN deben admitir la implementación de Clase A, y las comunicaciones de Clase A siempre las inicia el dispositivo final. Un dispositivo puede enviar mensajes de enlace ascendente en cualquier momento. Una vez completada la transmisión de enlace ascendente, el dispositivo abrirá dos ventanas breves de recepción (enlace descendente). Hay un retraso entre el final de la transmisión del enlace ascendente y el inicio de la ventana de recepción (RX1 y RX2 respectivamente). Si el servidor de red no responde durante estas dos ventanas de recepción, el siguiente enlace descendente seguirá a la siguiente transmisión del enlace ascendente. Los terminales de clase A tienen la potencia más baja entre las tres clases de terminales.

 

Dispositivo terminal LoRaWAN Ventana de recepción Clase A

Ventana receptora clase A

 

El servidor puede responder durante la primera ventana de recepción (RX1) o la segunda ventana de recepción (RX2), pero no en ambas ventanas simultáneamente. Consideremos tres casos de mensajes de enlace descendente como se muestra en la siguiente figura.

 

 

Dispositivo terminal LoRaWAN Ventana de recepción Clase A

Comportamiento de las ventanas receptoras de clase A

 

Caso 1: el dispositivo final abre dos ventanas de recepción pero no recibe mensajes de enlace descendente durante ninguna de las ventanas de recepción.

 

Caso 2: El dispositivo final recibe un enlace descendente durante la primera ventana de recepción, por lo que la segunda ventana de recepción no se abre.

 

Caso 3: El dispositivo final abre la primera ventana de recepción pero no recibe el enlace descendente. Por lo tanto, abre una segunda ventana de recepción y recibe un enlace descendente durante la segunda ventana de recepción.

 

② Categoría B

 

Además de la ventana de recepción iniciada por Clase A, los dispositivos de Clase B abren ventanas de recepción programadas para recibir mensajes de enlace descendente desde el servidor de red. Al utilizar una baliza de sincronización horaria transmitida por la puerta de enlace, el dispositivo abre una ventana de recepción en un momento predeterminado. El intervalo de tiempo entre dos balizas se denomina período de baliza. El dispositivo abre una "ranura de ping" de enlace descendente en momentos programados para recibir mensajes de enlace descendente desde el servidor de red. Además, los dispositivos de Clase B también abren una ventana de recepción después de enviar un enlace ascendente.

 

Ventana receptora clase B

 

Los dispositivos finales de Clase B tienen una latencia más baja que los dispositivos finales de Clase A porque no necesitan enviar enlaces ascendentes para recibir enlaces descendentes y pueden llegar en un momento preconfigurado. Sin embargo, la duración de la batería de Clase B generalmente será más corta que la de Clase A porque el dispositivo pasa más tiempo en modo activo durante las ranuras de balizamiento y ping. La franja horaria de la Clase B es relativamente compleja. Incluye una baliza de intervalo de tiempo de sincronización y un intervalo de tiempo de ping de ventana de recepción de período fijo. Por ejemplo, en este ejemplo, el período de baliza es de 128 segundos y el período de ping es de 32 segundos.

 

 

Dispositivo terminal LoRaWAN Ventana de recepción Clase B

③Categoría C

 

Los dispositivos de Clase C amplían la Clase A manteniendo abierta la ventana de recepción (a menos que estén transmitiendo). Además, debido a que la ventana de recepción está siempre abierta, el consumo de energía del dispositivo final será mayor que el de las dos primeras categorías, pero la latencia de comunicación es mínima. Las clases C y A son básicamente iguales, excepto que durante el período de suspensión de la Clase A, se abre la ventana de recepción RX2.

 

2. Cómo conectar el dispositivo a la red

Antes de comenzar a enviar y recibir datos, el dispositivo terminal primero debe conectarse a la red. Generalmente hay dos formas de acceder a la red: activación inalámbrica OTAA (Activación inalámbrica) y activación independiente ABP (Activación por personalización). Ambos métodos de activación requieren triples.

 

OTAA: DevEUI, AppEUI, AppKey

 

ABP: DevAddr, NwkSKey, AppSKey

 

Las redes comerciales LoRaWAN generalmente utilizan activación OTAA, que es más segura. Este método de activación requiere preparar tres parámetros: DevEUI, AppEUI y AppKey.

 

 

DevEUI, AppEUI, AppKey

DevEUI: una identificación única a nivel mundial similar a IEEE EUI64, que identifica un dispositivo terminal único. Equivale a la dirección MAC del dispositivo.

 

AppEUI: una identificación única a nivel mundial similar a IEEE EUI64 que identifica a un proveedor de aplicaciones único. Por ejemplo, las aplicaciones de alarmas de humo, aplicaciones de monitoreo de gases, aplicaciones de monitoreo de botes de basura, etc. de diferentes fabricantes tienen sus propias identificaciones únicas.

 

AppKey: asignada al terminal por el propietario de la aplicación.

 

Después de que el terminal inicia el proceso de unión a la red y emite el comando de acceso a la red, el NS (servidor de red) responderá al terminal después de confirmar que es correcto y asignará la dirección de red DevAddr (ID de 32 bits). Después de conectarse exitosamente a la red, los datos se cifrarán. Ambas partes utilizan la información relevante en la respuesta de acceso a la red y AppKey para generar claves de sesión NwkSKey y AppSKey, que se utilizan para cifrar y verificar los datos.

 

El método de activación de ABP es más sencillo y directo. Este método no requiere iniciar el proceso de unión, sino que configura directamente los tres parámetros finales de comunicación LoRaWAN de DevAddr, NwkSKey y AppSKey. En este caso, el dispositivo puede enviar los datos de la aplicación directamente.

 

DevAddr: la dirección corta del nodo, necesaria para la comunicación de datos.

 

NwkSKey: se utiliza para la verificación de datos (verificación MIC).

 

AppSKey: cifrado y descifrado AES para carga útil.


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