本文主要結(jié)合LoRaNode SDK v4.4.2和LoRaWAN規(guī)范1.0.3來展開。

1、入網(wǎng)（激活）方式

可以看出，兩種入網(wǎng)（激活）方式：

OTAA（Over-The-Air Activation）：空中激活

ABP（Activation By Personalization）：手動激活

2、空中激活

空中激活的過程，其實(shí)就是和服務(wù)器數(shù)據(jù)交換的過程，且當(dāng)上行或下行消息丟失時(shí)，需要重新交換一次數(shù)據(jù)。

入網(wǎng)的過程，設(shè)備需要以下3個(gè)參數(shù)：

DevEUI：設(shè)備ID；

AppEUI：應(yīng)用ID；

AppKey：128位的跟密鑰，用于產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)會話密鑰NwkSKey 和應(yīng)用會話密鑰AppSKey。

2.1、入網(wǎng)過程

從節(jié)點(diǎn)的角度看，入網(wǎng)過程是與服務(wù)器的兩次數(shù)據(jù)交換，分別是入網(wǎng)請求和入網(wǎng)回復(fù)。

2.2、入網(wǎng)請求信息

入網(wǎng)信息包含AppEUI、DevEUI、DevNone，DevNone是一個(gè)隨機(jī)值 、入網(wǎng)請求是不加密的。

2.3、入網(wǎng)回復(fù)信息

如果設(shè)備被允許入網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將會回復(fù)一個(gè)“入網(wǎng)回復(fù)”信息給到“入網(wǎng)請求”信息。

“入網(wǎng)回復(fù)”信息包括AppNonce、NetID、DevAddr、DLSettings、RxDelay、CFList字段。

AppNonce是服務(wù)器產(chǎn)生的隨機(jī)值或者是以某種形式產(chǎn)生的唯一ID，用于終端設(shè)備計(jì)算NwkSKey和AppSKey。

3、手動激活

手動激活方式，沒有“入網(wǎng)請求”和“入網(wǎng)回復(fù)”的過程。DevAddr、NwkSKey、AppSKey直接存儲在終端設(shè)備中。手動激活的時(shí)候

必須確保NwkSKey和AppSkey是唯一的。

4、代碼分析

我們很容易看出，SDK工程用狀態(tài)機(jī)在調(diào)度。

定義了6種狀態(tài)，如下：

static enum eDeviceState {DEVICE_STATE_RESTORE,DEVICE_STATE_START,DEVICE_STATE_JOIN,DEVICE_STATE_SEND,DEVICE_STATE_CYCLE,DEVICE_STATE_SLEEP }DeviceState;

由于代碼量很大，我們只截取main中while（1）中的代碼：

while( 1 ) {// Process Radio IRQif( Radio.IrqProcess != NULL ){Radio.IrqProcess( );}// Processes the LoRaMac eventsLoRaMacProcess( );switch( DeviceState ){case DEVICE_STATE_RESTORE:{// Try to restore from NVM and query the mac if possible.if( NvmCtxMgmtRestore( ) == NVMCTXMGMT_STATUS_SUCCESS ) //1.1.x以后才支持存儲管理{printf( "\r\n###### ===== CTXS RESTORED ==== ######\r\n\r\n" );}else{ #if( OVER_THE_AIR_ACTIVATION == 0 ) //不使用otaa// Tell the MAC layer which network server version are we connecting too.mibReq.Type = MIB_ABP_LORAWAN_VERSION;mibReq.Param.AbpLrWanVersion.Value = ABP_ACTIVATION_LRWAN_VERSION;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq ); #endif#if( ABP_ACTIVATION_LRWAN_VERSION == ABP_ACTIVATION_LRWAN_VERSION_V10x )mibReq.Type = MIB_GEN_APP_KEY;mibReq.Param.GenAppKey = GenAppKey;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq ); #elsemibReq.Type = MIB_APP_KEY;mibReq.Param.AppKey = AppKey;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq ); #endifmibReq.Type = MIB_NWK_KEY;mibReq.Param.NwkKey = NwkKey;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq );// Initialize LoRaMac device unique ID if not already defined in Commissioning.hif( ( devEui[0] == 0 ) && ( devEui[1] == 0 ) &&( devEui[2] == 0 ) && ( devEui[3] == 0 ) &&( devEui[4] == 0 ) && ( devEui[5] == 0 ) &&( devEui[6] == 0 ) && ( devEui[7] == 0 ) ){BoardGetUniqueId( devEui );}mibReq.Type = MIB_DEV_EUI;mibReq.Param.DevEui = devEui;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq );mibReq.Type = MIB_JOIN_EUI;mibReq.Param.JoinEui = joinEui;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq );#if( OVER_THE_AIR_ACTIVATION == 0 ) //ABP方式，使用終端和服務(wù)器約定好的參數(shù)// Choose a random device address if not already defined in Commissioning.hif( DevAddr == 0 ){// Random seed initializationsrand1( BoardGetRandomSeed( ) );// Choose a random device addressDevAddr = randr( 0, 0x01FFFFFF );}mibReq.Type = MIB_NET_ID;mibReq.Param.NetID = LORAWAN_NETWORK_ID;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq );mibReq.Type = MIB_DEV_ADDR;mibReq.Param.DevAddr = DevAddr;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq );mibReq.Type = MIB_F_NWK_S_INT_KEY;mibReq.Param.FNwkSIntKey = FNwkSIntKey;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq );mibReq.Type = MIB_S_NWK_S_INT_KEY;mibReq.Param.SNwkSIntKey = SNwkSIntKey;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq );mibReq.Type = MIB_NWK_S_ENC_KEY;mibReq.Param.NwkSEncKey = NwkSEncKey;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq );mibReq.Type = MIB_APP_S_KEY;mibReq.Param.AppSKey = AppSKey;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq ); #endif}DeviceState = DEVICE_STATE_START;break;}case DEVICE_STATE_START:{TimerInit( &TxNextPacketTimer, OnTxNextPacketTimerEvent );TimerInit( &Led1Timer, OnLed1TimerEvent );TimerSetValue( &Led1Timer, 25 );TimerInit( &Led2Timer, OnLed2TimerEvent );TimerSetValue( &Led2Timer, 25 );mibReq.Type = MIB_PUBLIC_NETWORK;mibReq.Param.EnablePublicNetwork = LORAWAN_PUBLIC_NETWORK;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq );mibReq.Type = MIB_ADR;mibReq.Param.AdrEnable = LORAWAN_ADR_ON;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq );#if defined( REGION_EU868 ) || defined( REGION_RU864 ) || defined( REGION_CN779 ) || defined( REGION_EU433 )LoRaMacTestSetDutyCycleOn( LORAWAN_DUTYCYCLE_ON ); #endifmibReq.Type = MIB_SYSTEM_MAX_RX_ERROR;mibReq.Param.SystemMaxRxError = 20;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq );LoRaMacStart( );mibReq.Type = MIB_NETWORK_ACTIVATION;status = LoRaMacMibGetRequestConfirm( &mibReq );if( status == LORAMAC_STATUS_OK ){if( mibReq.Param.NetworkActivation == ACTIVATION_TYPE_NONE ) //沒有激活{DeviceState = DEVICE_STATE_JOIN;}else{DeviceState = DEVICE_STATE_SEND;NextTx = true;}}break;}case DEVICE_STATE_JOIN:{mibReq.Type = MIB_DEV_EUI;LoRaMacMibGetRequestConfirm( &mibReq );printf( "DevEui : %02X", mibReq.Param.DevEui[0] );for( int i = 1; i < 8; i++ ){printf( "-%02X", mibReq.Param.DevEui[i] );}printf( "\r\n" );mibReq.Type = MIB_JOIN_EUI; //其實(shí)就是appeuiLoRaMacMibGetRequestConfirm( &mibReq );printf( "AppEui : %02X", mibReq.Param.JoinEui[0] );for( int i = 1; i < 8; i++ ){printf( "-%02X", mibReq.Param.JoinEui[i] );}printf( "\r\n" );printf( "AppKey : %02X", NwkKey[0] );for( int i = 1; i < 16; i++ ){printf( " %02X", NwkKey[i] );}printf( "\n\r\n" ); #if( OVER_THE_AIR_ACTIVATION == 0 )printf( "###### ===== JOINED ==== ######\r\n" );printf( "\r\nABP\r\n\r\n" );printf( "DevAddr : %08lX\r\n", DevAddr );printf( "NwkSKey : %02X", FNwkSIntKey[0] );for( int i = 1; i < 16; i++ ){printf( " %02X", FNwkSIntKey[i] );}printf( "\r\n" );printf( "AppSKey : %02X", AppSKey[0] );for( int i = 1; i < 16; i++ ){printf( " %02X", AppSKey[i] );}printf( "\n\r\n" );mibReq.Type = MIB_NETWORK_ACTIVATION;mibReq.Param.NetworkActivation = ACTIVATION_TYPE_ABP;LoRaMacMibSetRequestConfirm( &mibReq );DeviceState = DEVICE_STATE_SEND; #elseJoinNetwork( ); //入網(wǎng)操作 #endifbreak;}case DEVICE_STATE_SEND:{if( NextTx == true ){PrepareTxFrame( AppPort );NextTx = SendFrame( );}DeviceState = DEVICE_STATE_CYCLE;break;}case DEVICE_STATE_CYCLE:{DeviceState = DEVICE_STATE_SLEEP;if( ComplianceTest.Running == true ){// Schedule next packet transmissionTxDutyCycleTime = 5000; // 5000 ms}else{// Schedule next packet transmissionTxDutyCycleTime = APP_TX_DUTYCYCLE + randr( -APP_TX_DUTYCYCLE_RND, APP_TX_DUTYCYCLE_RND );}// Schedule next packet transmissionTimerSetValue( &TxNextPacketTimer, TxDutyCycleTime );TimerStart( &TxNextPacketTimer );break;}case DEVICE_STATE_SLEEP:{if( NvmCtxMgmtStore( ) == NVMCTXMGMT_STATUS_SUCCESS ){printf( "\r\n###### ===== CTXS STORED ==== ######\r\n" );}CRITICAL_SECTION_BEGIN( );if( IsMacProcessPending == 1 ){// Clear flag and prevent MCU to go into low power modes.IsMacProcessPending = 0;}else{// The MCU wakes up through eventsBoardLowPowerHandler( );}CRITICAL_SECTION_END( );break;}default:{DeviceState = DEVICE_STATE_START;break;}}

依照上面的主循環(huán)里面的代碼，我們畫了一個(gè)流程圖，如下：

可以看出：OTAA入網(wǎng)需要執(zhí)行DEVICE_STATE_JOIN這個(gè)過程，入網(wǎng)之后上報(bào)數(shù)據(jù)；ABP是沒有入網(wǎng)過程的，直接就上報(bào)數(shù)據(jù)了。最終在3個(gè)狀態(tài)之間切換：

我們跟蹤一下DEVICE_STATE_JOIN這個(gè)狀態(tài)，看一下這個(gè)入網(wǎng)的過程：

函數(shù)體太長，我們僅列出函數(shù)名：

JoinNetwork——>LoRaMacMlmeRequest——>SendReJoinReq——>ScheduleTx——>SecureFrame——>LoRaMacCryptoPrepareJoinRequest——>LoRaMacSerializerJoinRequest——>SendFrameOnChannel——>Radio.Send

至此，入網(wǎng)請求消息，就通過射頻發(fā)送出去了。

上述做了一系列的操作，其實(shí)就是封裝數(shù)據(jù)包、加密數(shù)據(jù)，由此也可以看出LoRaWAN就是純軟件層面的東西。

我們重點(diǎn)看一下，LoRaMacSerializerJoinRequest這個(gè)函數(shù)：我們列出函數(shù)的原型如下：

LoRaMacSerializerStatus_t LoRaMacSerializerJoinRequest( LoRaMacMessageJoinRequest_t* macMsg ) {if( ( macMsg == 0 ) || ( macMsg->Buffer == 0 ) ){return LORAMAC_SERIALIZER_ERROR_NPE;}uint16_t bufItr = 0;// Check macMsg->BufSizeif( macMsg->BufSize < LORAMAC_JOIN_REQ_MSG_SIZE ){return LORAMAC_SERIALIZER_ERROR_BUF_SIZE;}macMsg->Buffer[bufItr++] = macMsg->MHDR.Value;memcpyr( &macMsg->Buffer[bufItr], macMsg->JoinEUI, LORAMAC_JOIN_EUI_FIELD_SIZE );bufItr += LORAMAC_JOIN_EUI_FIELD_SIZE;memcpyr( &macMsg->Buffer[bufItr], macMsg->DevEUI, LORAMAC_DEV_EUI_FIELD_SIZE );bufItr += LORAMAC_DEV_EUI_FIELD_SIZE;macMsg->Buffer[bufItr++] = macMsg->DevNonce & 0xFF;macMsg->Buffer[bufItr++] = ( macMsg->DevNonce >> 8 ) & 0xFF;macMsg->Buffer[bufItr++] = macMsg->MIC & 0xFF;macMsg->Buffer[bufItr++] = ( macMsg->MIC >> 8 ) & 0xFF;macMsg->Buffer[bufItr++] = ( macMsg->MIC >> 16 ) & 0xFF;macMsg->Buffer[bufItr++] = ( macMsg->MIC >> 24 ) & 0xFF;macMsg->BufSize = bufItr;return LORAMAC_SERIALIZER_SUCCESS; }

在這個(gè)函數(shù)里面實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的封裝，我們看到了MHDR、JoinEUI（特別說明一下JoinEUI和APPEUI是同一個(gè)東西）、DevEUI、

DevNonce、MIC字段，MHDR是Mac數(shù)據(jù)頭、MIC是數(shù)據(jù)一致性校驗(yàn)，剩下的3個(gè)字段，與我們上面從LoRaWAN規(guī)范join

request一節(jié)中看到的一樣。

我們再來看看，LoRaWAN規(guī)范里面講的MAC消息格式：

這個(gè)圖中小藍(lán)框框起來的地方，正是我們這函數(shù)中數(shù)據(jù)封裝的各個(gè)字段。

至此我們可以總結(jié)一下，入網(wǎng)請求數(shù)據(jù)包的格式：

MHDR	JoinEUI	DevEUI	DevNone	MIC
1byte	8byte	8byte	2byte	4byte

可以看出，入網(wǎng)請求包長度是1+8+8+2+4=23byte。

關(guān)于“入網(wǎng)回復(fù)”，我們先不管機(jī)制是怎么樣的，我們暫時(shí)只查看相應(yīng)的數(shù)據(jù)解包過程，我們類比發(fā)包的過程：先封包再發(fā)送，收

包剛好和這個(gè)相反，收到數(shù)據(jù)包，再解包，查看每個(gè)字段。

static void ProcessRadioRxDone( void )這個(gè)函數(shù)就是對射頻接收到的數(shù)據(jù)的處理了，可以看到使用switch case語句，通過

macHdr.Bits.MType字段對接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行了區(qū)分，FRAME_TYPE_JOIN_ACCEPT這個(gè)類型的包，正是我們的“入網(wǎng)回復(fù)”

數(shù)據(jù)，順著往下跟蹤LoRaMacCryptoHandleJoinAccept——>LoRaMacParserJoinAccept,正是在LoRaMacParserJoinAccept這個(gè)

函數(shù)里面解析“入網(wǎng)回復(fù)”數(shù)據(jù)的，我們列出這個(gè)函數(shù)的原型如下：

LoRaMacParserStatus_t LoRaMacParserJoinAccept( LoRaMacMessageJoinAccept_t* macMsg ) {if( ( macMsg == 0 ) || ( macMsg->Buffer == 0 ) ){return LORAMAC_PARSER_ERROR_NPE;}uint16_t bufItr = 0;macMsg->MHDR.Value = macMsg->Buffer[bufItr++];memcpy1( macMsg->JoinNonce, &macMsg->Buffer[bufItr], 3 );bufItr = bufItr + 3;memcpy1( macMsg->NetID, &macMsg->Buffer[bufItr], 3 );bufItr = bufItr + 3;macMsg->DevAddr = ( uint32_t ) macMsg->Buffer[bufItr++];macMsg->DevAddr |= ( ( uint32_t ) macMsg->Buffer[bufItr++] << 8 );macMsg->DevAddr |= ( ( uint32_t ) macMsg->Buffer[bufItr++] << 16 );macMsg->DevAddr |= ( ( uint32_t ) macMsg->Buffer[bufItr++] << 24 );macMsg->DLSettings.Value = macMsg->Buffer[bufItr++];macMsg->RxDelay = macMsg->Buffer[bufItr++];if( ( macMsg->BufSize - LORAMAC_MIC_FIELD_SIZE - bufItr ) == LORAMAC_C_FLIST_FIELD_SIZE ){memcpy1( macMsg->CFList, &macMsg->Buffer[bufItr], LORAMAC_C_FLIST_FIELD_SIZE );bufItr = bufItr + LORAMAC_C_FLIST_FIELD_SIZE;}else if( ( macMsg->BufSize - LORAMAC_MIC_FIELD_SIZE - bufItr ) > 0 ){return LORAMAC_PARSER_FAIL;}macMsg->MIC = ( uint32_t ) macMsg->Buffer[bufItr++];macMsg->MIC |= ( ( uint32_t ) macMsg->Buffer[bufItr++] << 8 );macMsg->MIC |= ( ( uint32_t ) macMsg->Buffer[bufItr++] << 16 );macMsg->MIC |= ( ( uint32_t ) macMsg->Buffer[bufItr++] << 24 );return LORAMAC_PARSER_SUCCESS; }

我們依次可以看到MHDR、JoinNonce（和規(guī)范中的AppNonce是同一個(gè)東西）、NetID、DevAddr、DLSettings、RxDelay、

CFList、MIC字段，這也與我們上面在LoRaWAN規(guī)范里面看到的數(shù)據(jù)包吻合。

我們現(xiàn)在來總結(jié)一下數(shù)據(jù)入網(wǎng)回復(fù)數(shù)據(jù)包的格式：

MHDR	JoinNonce	NetID	DevAddr	DLSettings	RxDelay	CFList	MIC
1byte	3byte	3byte	4byte	1byte	1byte	nbyte	4byte

其中CFList這個(gè)字段是可選的，如果沒有的話，就是0。

我們測試一下，看看“入網(wǎng)請求”和“入網(wǎng)回復(fù)”,如下：

入網(wǎng)請求的數(shù)據(jù)幀為：00 01 00 00 00 00 00 00 00 DF 46 00 00 10 FF FF FF 0F A6 C4 38 42 A7

剛好是23個(gè)字節(jié)，可以看出，入網(wǎng)請求是沒有加密的，每個(gè)代表字段含義如下：

00：MHDR

01 00 00 00 00 00 00 00：JoinEUI

DE 46 00 00 10 FF FF FF：DevEUI

0F A6：DevNone

C4 38 42 A7：MIC

入網(wǎng)回復(fù)的數(shù)據(jù)幀為：20 69 e1 e7 2b 3e 0b 52 c9 c5 de 36 4f e2 69 41 25

是17+(0或16)個(gè)字節(jié)，20是MHDR，之后的數(shù)據(jù)是經(jīng)過加密的，

經(jīng)過解密之后的數(shù)據(jù)如下：7d c4 83 03 02 01 92 c5 f1 07 00 00 e4 5b 50 1b

7d c4 83 ：JoinNonce

03 02 01 ：NetID

92 c5 f1 07：DevAddr

00 ：DLSettings

00 ：RxDelay

e4 5b 50 1b：MIC

5、總結(jié)

OTAA入網(wǎng)：有入網(wǎng)過程，入網(wǎng)之后服務(wù)器分配DevAddr，節(jié)點(diǎn)計(jì)算出NwkSKey、AppSKey兩個(gè)加密密鑰。

ABP入網(wǎng)：無入網(wǎng)過程，DevAddr、NwkSKey、AppSKey直接存儲在終端設(shè)備中（說直白一點(diǎn)就是，節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器提前約定好了參數(shù)）。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的LoRa节点开发：4、代码详解 LoRaWAN节点入网的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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