LoRaWAN GW NS代码

花了两天时间，根据 Semtech 公司的报文转发网关文档，我基于Twisted完成了相关原型开发，主要是用于之后的设备模拟，设备交叉测试和服务器压力测试，同时绘制了一下相关有限状态机。

FSM

Packet ID	Enum	Direction	Header	MAC	Token	Payload
PUSH_DATA	0	G>>S	12	Yes	G(X)	stat/rxpk[]
PUSH_ACK	1	G<<S	4	N/A	S(X)	N/A
PULL_DATA	2	G>>S	12	Yes	G(Y)	N/A
PULL_ACK	4	G<<S	4	N/A	S(Y)	N/A
PULL_RESP	3	G<<S	4	N/A	S(Z)	txpk
TX_ACK	5	G>>S	4	N/A	G(Z)	N/A

表1: LoRaWAN 协议有限状态机

RF->>GW: New Packet Received
GW->>NS: PUSH_DATA
NS->>GW: PUSH_ACK
NS->>DB: Packet Stored
GW->>NS: PULL_DATA
NS->>GW: PULL_ACK
DB->>NS: Packet Loaded
NS->>GW: PULL_RESP
GW->>NS: TX_ACK
GW->>RF: Packet Transmitted

图1: LoRaWAN流程

文档分析

在这个网络模型中，有两个角色：

• GW即网关；
• NS即网关服务器。

NS基本上可以投入实用，对接数据库和缓存即可。而目前的GW仅仅够做压测，另外一个MicroPython移植版本还在开发中。

相比NS，GW的开发需要增加多线程编程。在原始的MicroPython设计中，有以下线程：

• UDP push data / pull data 的定时器线程，需要反复执行，其中push data对于服务器是异步事件，而pull data需要网关定时打开接受通道接受服务器下发；
• RX/TX/Timeout 事件的ISR 回调函数，来自D0/D1和对应超时定时器；
• LoRa Downlink 定时器线程，用于下发窗口空口通讯。

在多通道网关设计中，需要对多线程设计仔细规划，尤其在使用Python/Node.js这种多线程设计有缺陷的语言。相比之下，C++/Java/Lua之类的更加成熟。有必要拆解成为双通道网关，而每个双通道守护程序需要作为单独线程存在。

要淡化定制协议的存在

即便是IBM这种高大上的IT专业公司，和Semtech开发出来的这个协议，依然让我失望。这种协议的缺陷在于：

• 二进制和ASCII JSON混合在一起；
• 缺乏传输层安全，确切说安全是在应用层实现的；
• 收发状态机有限，扩展困难；
• 报文下发比较困难，尤其是GW在NAT之后时，需要GW定时发送Pull_data请求打开UDP接收端口。

虽说LoRaWANPktFwd协议在NS一侧设计比较简单，现在越来越多的LoRaWAN设计开始直接使用MQTT/TLS（也是IBM十年期的设计，但是通用性较强），并直接使用JSON作为序列化标准。即便是ESP8266这种SoC中也有足够资源来支持这些标准。一收一发，简单有效，扩展容易。

所以，在TTN接入协议中，LoRaWANPktFwd是作为Legacy（历史遗留）协议接入的。