LoRaWan Mac 网关研发设计

LoRaWan Mac 网关研发设计

• 设计目的
• 设计背景：
• 设计思考
• 设计难点
• 设计过程
• Mac 网关工程设计说明
• • 加/解密模块
  • 帧解析模块
  • 时间服务模块
  • 协议级处理模块
  • 协议栈处理线程

设计目的

设计具有 LoRaWan 网络服务器功能的 LoRaWan 网关，称之为 Mac 网关。

设计背景：

当前的 LoRaWan 标准架构如下：

标准 LoRaWan 架构需要4中角色：

1. 终端，LoRaWan 节点，以射频方式发送 LoRaWan 协议栈；
2. lorawan 网关，以网络形式转发终端发送的 LoRaWan 协议帧给网络服务器，并以射频形式发送网络服务器下发给终端的报文；
3. lorawan 网络服务器，进行 LoRaWan 帧解析，帧解密，把负载转发给应用服务器；
4. 应用服务器，搭载 LoRaWan 应用。

设计思考

如果需要研发 Mac 网关，那么需要将网络服务器的功能在LoRaWan 网关中实现。
LoRaWan 网络服务器功能如下：

结合 LoRaWan 规范、网关规范、网络服务器规范与上图，Mac 网关需要实现的功能有：

1. LoRaWan 终端入网；
2. LoRaWan 射频帧解析；
3. LoRaWan 数据加/解密。
4. LoRaWan 规范中的其他要求，比如时序，命令等。

设计难点

因为Mac 网关需要解析的协议帧、加/解密条件与 LoRaWan 节点完全不同，而且这类产品在全球实属首次，所以根本没有工程可供移植。

Mac 网关所有的功能都需要研发实现

设计过程

1. 7月9日，经过与领导（吴鹏程）的讨论， Mac 网关的研发参考 LoRaWan 节点工程；并划分 Mac 网关的代码架构与功能模块如下：
   
   其中，Mac 层框架如下：
   

   剩余设计过程：略。

Mac 网关工程设计说明

Mac 网关工程框架如下：

这个工程为 Mac 网关的 Mac 层。其中：

1. /Mac ：包含 Mac 网关的帧解析模块，加/解密模块，协议级处理模块。
2. /Radio ：向下对接射频层。
3. /src ：创建 Mac 协议级处理线程。
4. /System ：系统的辅助库函数，如定时服务库、加/解密库。

加/解密模块

该模块由以下代码库实现：

1. /Mac/LoRaMacCrypto.c 与 /Mac/LoRaMacCrypto.h
2. /Mac/secure-element.h
3. /System/soft-se/aes.c 与 /System/soft-se/aes.h
4. /System/soft-se/cmac.c 与 /System/soft-se/cmac.h
5. /System/soft-se/soft-se.c

Mac 网关的加/解密模块实现对上行 LoRaWan 帧的解密，和下行 LoRaWan 帧的加密。

帧解析模块

该模块由以下代码库实现：

1. /Mac/LoRaMacHeaderTypes.h
2. /Mac/LoRaMacMessageTypes.h
3. /Mac/LoRaMacParser.c 与 /Mac/LoRaMacParser.h
4. /Mac/LoRaMacSerializer.c 与 /Mac/LoRaMacSerializer.h
5. /Mac/LoRaMacTypes.h

帧解析模块实现的上行 LoRaWan 协议级解析，与下行数据的协议级组帧。

时间服务模块

该模块由以下代码库实现：

1. /System/timer.c 与 /System/timer.h

时间服务模块为 LoRaWan 帧的协议级处理提供时间调度服务。

协议级处理模块

该模块由以下代码库实现：

1. LoragwMac.c 与 LoragwMac.h

协议级处理模块是对外展示的模块，该模块的接口实现了 Mac 网关的具体功能。

协议栈处理线程

该线程由以下代码库实现：

1. /src/devLoRaMacGw.c

协议栈处理线程负责处理由不同射频中断产生的不同 Mac 层事件。并真正提供与应用层对接的接口。