LoRaWAN 规范 1.0 （章节5）
最近在做LoRa， LoRaWAN协议略微复杂，边读边翻译，现在把
部分关键的翻译分享给各位做物联网的同行。
当然里面掺杂了一些我的个人笔记，希望对大家有所帮助。
如果哪里有问题，欢迎应各位留言或者邮件指正。翻译很辛苦，转载请注明出处和源链接
- 英文原文链接： 《LoRaWAN Specification 1R0》
- LoRaWAN版本历史及协议格式说明
- 翻译原文链接：
声明
本文翻译版本已更新至LoRaWAN 1.0.2。
5 MAC Commands
网络管理时会在网络服务器和终端MAC层之间传输一系列MAC命令。MAC层命令对应用、应用服务器以及终端设备上的应用永不可见。
一帧数据中可以包含任何MAC命令序列，MAC命令既可以放在FOpts中和正常数据一起发送；也可以放在FRMPayload中单独发送，此时FPort = 0，但不能同时在两个字段携带MAC命令。放在FOpts中的MAC命令不加密，并且不能超过15个字节。放在FRMPayload中的MAC命令必须加密，同时不能超过FRMPayload的最大长度。
注意：
不想被别人截获破解的命令要放到FRMPayload中单独发送
一条MAC命令由一个字节的命令ID（CID）和特定的命令序列组成，命令序列可以是空。
| CID | 命 令 | 终端发送 | 网关发送 | 简介 |
|---|---|---|---|---|
| 0x02 | LinkCheckReq | × | 用于终端验证网络连接 | |
| 0x02 | LinkCheckAns | × | 回应验证请求， 同时包含终端接收质量相关的估算的信号功率 | |
| 0x03 | LinkADRReq | × | 请求终端改变数据率、传输功率、接收率或者信道 | |
| 0x03 | LinkADRAns | × | LinkRateReq的应答 | |
| 0x04 | DutyCycleReq | × | 设置设备的最大总发射占空比 | |
| 0x04 | DutyCycleAns | × | DutyCycleReq的应答 | |
| 0x05 | RXParamSetupReq | × | 设置接收时隙相关参数 | |
| 0x05 | RXParamSetupAns | × | RXSetupReq的应答 | |
| 0x06 | DevStatusReq | × | 请求终端状态 | |
| 0x06 | DevStatusAns | × | 返回终端装填，即电量和解调情况 | |
| 0x07 | NewChannelReq | × | 创建或修改无线电信道 | |
| 0x07 | NewChannelAns | × | NewChannelReq的应答 | |
| 0x08 | RXTimingSetupReq | × | 设置接收时隙的时间 | |
| 0x08 | RXTimingSetupAns | × | RXTimingSetupReq的应答 | |
| 0x09 | TxParamSetupReq | x | 网络服务器用它来设置终端设备停留时间的最大值和最大EIRP（等效全向辐射功率），与地域相关 | |
| 0x09 | TxParamSetupAns | x | TxParamSetupReq命令的回复 | |
| 0x0A | DlChannelReq | x | 通过将下行频率与上行频率进行偏移，来修改下行R1的无线信道（即：创建不对称信道） | |
| 0x0A | DlChannelAns | x | DlChannelReq命令的回复 | |
| 0x80 ~ 0xFF | Proprietary | × | × | 保留命令 |
注：
MAC命令长度不固定，这就要求MAC命令执行端必须隐式获知。因为无法忽略不明的MAC命令，而且一旦遇到不明的MAC命令，就会导致处理MAC命令队列的进程终止。因此，建议遵循首先对MAC命令进行说明的LoRaWAN规范。这样的话，所有当前版本LoRaWAN规范中实现的MAC命令都可以被更高版本的规范兼容处理。
注：
终端设备所有被网络服务器调整过的内容（例如：RX2，新创建或调整过的信道）仅在下次入网前有效。因此，终端设备每次重新入网之后都会使用默认参数配置，而网络服务器则根据需要对这些值重新调整。
5.1 链路检查 （LinkCheckReq和LinkCheckAns）
终端使用LinkCheckReq命令检查与网络的连通性，该命令不含荷载（payload）。
网络服务器收到（一个或多个）网关转发过来的LinkCheckReq后回复一条LinkCheckAns命令。
| 大小(字节) | 1 | 1 |
|---|---|---|
| LinkCheckAns Payload | Margin | GwCnt |
Margin（解调余量）是最近一条被成功收到的 LinkCheckReq 命令的链路预算（单位dB），是一个8位（bits）无符号整型，范围 [0,254]。值为 0 表示在解调的下限（0dB或者没有余量）上收到了数据，值20表示网关在比解调下限高出 20 dB 的信号强度上收到了数据。255是保留值。
GwCnt是最近一次成功收到 LinkCheckReq 的网关的数量。
link margin参考：Link margin
5.2 速率自适应 LinkADRReq和LinkADRAns
网络服务器通过发送 LinkADRReq 命令对终端设备速率进行调整。
| 大小(字节) | 1 | 2 | 1 |
|---|---|---|---|
| LinkADRReq Payload | DataRate_TXPower | ChMask | Redundancy |
| 大小(位 bits) | [7:4] | [3:0] |
|---|---|---|
| DataRate_TXPower | DataRate | TXPower |
数据速率（DataRate）以及TX输出功率（TXPower）和地理区域相关，参考《LoRaWAN地域相关参数手册》（《LoRaWAN Regional Parameters document》）。命令中的TX输出功率指的是设备可以使用的最大发射功率。指定一个能够使用的比当前在使用的更高的功率的命令执行成功后，此时，终端设备将使用尽可能大（不超过命令设置以及物理允许的范围）的功率回复确认消息。信道掩码（ChMask）通过对最低有效位相应的位置填0来对上行信道的可用性进行编码，信道列表如下：
对应原文：
An end-device will acknowledge as successful a command which specifies a higher transmit power than it is capable of using and should, in that case, operate at its maximum possible power.
表5：信道状态表
| 第几位 | 可用信道 |
|---|---|
| 0 | Channel 1 |
| 1 | Channel 2 |
| .. | .. |
| 15 | Channel 16 |
ChMask中某位是1，表示启用该位对应的上行信道（用来进行上行传输的信道），只有终端设备当前使用的数据速率可以在该信道上使用时，该信道才可以使用;如果是0，则表示对应的上行信道不可用。终端设备当前使用的信道要设为1
| 第几位 | 7 | [6:4] | [3:0] |
|---|---|---|---|
| Redundancy bits | RFU | ChMaskCntl | NbTrans |
冗余（Redundancy）位中，NbTrans表示每条上行消息重复发送的次数，仅用于 unconfirmed 类型的上行消息。默认值为1，表示每帧只上传一次。有效范围 [1:15]。终端设备收到NbTrans == 0时仍然使用默认值。网络管理员通过控制节点的上行冗余来保证给定的服务质量。终端设备在重传期间照常跳频，每次重传后也会等待接收数据，直到接收窗口过期。在RX1短暂窗口期间的任一时刻接收到下行消息都会停止该消息的重传。对于A类来说，RX2情况与RX1相同。
信道掩码控制（ChMaskCntl）字段负责控制ChMask的掩码位。当网络上信道的实现超过16个，该字段必须是一个非0值。用它来控制ChMask使用哪16个信道，还可以用它来全局性的打开或关闭指定调制方式的所有信道。该字段的具体使用和地域相关，具体见《LoRaWAN地域相关参数手册》。
网络服务器可能会在一条下行消息中包含多个LinkAdrReq命令。终端设备为了配置信道掩码，会按照命令在下行消息中的出现的顺序处理所有LinkAdrReq消息。对于命令中的这些ChMaskCntl，终端设备要么全部接受要么全部拒绝，同时为它们的 LinkAdrAns 设置相同的 Channel Mask ACK 。对于 DataRate、TXPower 和 NbTrans ，因为它们是全局性设置（后面的值会覆盖前面的值），所以终端设备只按照命令中的最后一条LinkADRReq执行。同样，对于这些，终端设备也会为它们在 LinkAdrAns 中各自设置相同的 ACK，来指明它们最终被接受了还是被拒绝了。
信道频率与地域有关，具体见第六章。
终端收到 LinkADRReq 后回复 LinkADRAns 命令。
| 大小（字节） | 1 |
|---|---|
| LinkADRAns Payload | Status |
| 大小（位） | [7:3] | 2 | 1 | 0 |
|---|---|---|---|---|
| Status bits | RFU | Power ACK | Data rate ACK | Channel mask ACK |
LinkADRAns Status释义如下：
表6：LinkADRAns状态位定义
| 字段 | 0 | 1 |
|---|---|---|
| Channel mask ACK | 要使用的信道未定义；或信道掩码想关闭所有信道。忽略该命令，终端状态不改变 | 设置成功 |
| Data rate ACK | 要使用的速率未定义；或者在指定的通道掩码下，不支持该数据速率（所有在用的信道都不支持该速率）。命令被忽略，终端状态不改变 | 设置成功 |
| Power ACK | 终端未定义该功率等级。命令被忽略，终端状态不改变 | 设置成功 |
以上三个字段任意一个是0，命令就会执行失败，节点保持之前的状态不变。
5.3 终端的发射占空比（DutyCycleReq 和 DutyCycleAns）
DutyCycleReq，网络协调员使用该命令来限制终端设备的总发射占空比的最大值。总发射占空比指所有子频带的发射占空比。
| 大小（字节） | 1 |
|---|---|
| DutyCycleReq Payload | DutyCyclePL |
| Bits | 7:4 | 3:0 |
|---|---|---|
| DutyCyclePL | RFU | MaxDCycle |
终端允许的发射占空比的最大值：
MaxDutyCycle有效范围[0:15]。在没有区域调节设置占空比限制的情况下，使用 0 表示“占空比没有限制”，有区域限制的除外。
注意，下面这条在LoRaWAN1.0.2中被删除：
值为
255时要求终端设备立刻转为静默状态，等价于远程关闭终端。
终端收到DutyCycleReq后回复DutyCycleAns， DutyCycleAns不包含任何payload。
5.4 接收窗口相关参数 (RXParamSetupReq,RXParamSetupAns)
通过下发RXParamSetupReq命令，可以修改第二个接收窗口（RX2）使用的频率和数据速率。该命令还可以修改下行RX1数据速率，使下行RX1的速率相对上行进行偏移。
| 大小（字节） | 1 | 3 |
|---|---|---|
| RX2SetupReq Payload | DLsettings |
Frequency |
| 第几位 | 7 | 6:4 | 3:0 |
|---|---|---|---|
| DLsettings | RFU |
RX1DRoffset |
RX2DataRate |
RX1DRoffset 用来设置终端设备上行和下行第一个接收窗口（RX1）数据速率之间的偏移，默认值是0。基站在某些地域有最大功率密度限制，所以使用偏移，并且还可以用来均衡上行和下行的无线链路预算。
RX2DataRate 定义第二个接收窗口使用的数据速率，用法和 LinkADRReq 一样（例如，0 表示 DR0/125kHz）。Frequency 是第二个接收窗口使用的信道频率，其频率编码规则的定义见 NewChannelReq 命令。
终端设备回复 RXParamSetupAns。终端设备在没有收到基于A类的下行数据前，会在所有上行数据的 FOpt 中携带 RXParamSetupAns，直到收到一次基于A类的下行数据。这样可以保证及时上行链路存在丢包的情况，网络也总能知道终端设备使用的下行链路参数。
其payload只有一个字节：
| 大小（字节） | 1 |
|---|---|
| RX2SetupAns Payload | Status |
Status位结构如下：
| 第几位 | 7:3 | 2 | 1 | 0 |
|---|---|---|---|---|
| Status bits | RFU | RX1DRoffset ACK | RX2 Data rate ACK | Channel ACK |
表 7: RX2SetupAns 的 status 含义
| 字段 | 0 | 1 |
|---|---|---|
| Channel ACK | （对于终端）频率不可用 | RX2信道设置成功 |
| RX2 Data rate ACK | （对于终端）未知的数据速率 | RX2数据速率设置成功 |
| RX1DRoffset ACK | RX1上行/下行数据速率的偏移不在可用范围 |
设置成功 |
3个中的任何一个是0，命令都会执行失败并保持之前的状态。
5.5 终端状态（DevStatusReq, DevStatusAns）
服务器通过发送 DevStatusReq 获取一个终端设备的状态，该命令没有payload。终端收到 DevStatusReq 之后回复DevStatusAns。
| 大小（字节） | 1 | 1 |
|---|---|---|
| DevStatusAns payload | Battery | Margin |
电池电量（Battery）上报的数据编码如下：
表8：电池电量编码
| 电量 | 说明 |
|---|---|
| 0 | 终端在使用外接电源 |
| 1..254 | 电池电量，1是最小值，254是最大值 |
| 255 | 终端设备无法获取电池电量 |
余量（Margin）是最近一次接收成功 DevStatusReq 命令的解调信噪比，其值（四舍五入）取整，单位dB。余量值是一个有符号整型，长度6个比特位，最小值 -32，最大值31。
| 占位（bits） | 7:6 | 5:0 |
|---|---|---|
| Status | RFU | Margin |
5.6 创建或修改信道（NewChannelReq, NewChannelAns）
NewChannelReq命令要么用来修改已有信道的参数，要么创建一个新的信道。该命令设置新信道的中心频率，以及在该信道上行传输的数据速率范围。
| 大小（字节） | 1 | 3 | 1 |
|---|---|---|---|
| NewChannelReq payload | ChIndex | Freq | DrRange |
信道索引（ChIndex）是新信道或者待修改信道的索引值。LoRaWAN规范中已经为不同的地域和频段内置了默认信道，这些信道存在所有的设备上，而且不能通过NewChannelReq（见第6章）进行修改。如果默认的信道数量是N，那默认的信道就是 0 ~ N-1，而 ChIndex 可用范围就是 N ~ 15。终端设备至少要能处理 16 个不同的信道。在某些地域终端允许存储超过16个信道。
频率（Freq）是一个 24bits 无符号整型，实际信道频率是 100 × Freq Hz（笔记：按这个说法，433.1MHz 服务器发送的数据是 4331000），其中100MHz以下的值留待未来使用。通过这种方法可以以 100 Hz为步长，使用 100MHz~1.67GHz 之间任意的信道频率。 Freq == 0表示不使用该信道。终端设备必须对频率进行检查，保证它的射频硬件支持将要使用的频率，否则返回错误。
数据速率范围（DrRange）指明此信道的数据速率范围。该字由两个4位长的索引组成：
| 大小（bits） | 7:4 | 3:0 |
|---|---|---|
| DrRange | MaxDR | MinDR |
根据章节5.2的定义，最小数据速率（MinDR）字段指定此信道最低数据速率，例如：0 表示指定 DR0/125 kHz。与之类似，最大数据速率指定最高数据速率。例如：DrRange = 0x77表示信道只能使用 50kbps GFSK，DrRange = 0x50表示数据速率范围是DR0 / 125 kHz 到 DR5 / 125 kHz。
创建或修改的信道一旦设置成功，可以马上用来通信。RX1的下行频率与其上行频率相同。
终端回复NewChannelAns命令，其payload如下：
| 大小（字节） | 1 |
|---|---|
| NewChannelAns Payload | Status |
状态（Status）含义如下：
| 大小（bits） | 7:2 | 1 | 0 |
|---|---|---|---|
| Status | RFU |
Data rate range ok |
Channel frequency ok |
| 字段 | 0 | 1 |
|---|---|---|
| Data rate range ok | 数据速率范围超出终端当前所允许的范围 | 终端兼容该数据速率范围 |
| Channel frequency ok | 终端无法使用该频率 | 可以使用 |
两者之中有一个是0，就表示命令执行失败，不会创建信道。
DlChannelReq允许服务器将一个不同的下行频率和RX1关联起来。所有支持 NewChannelReq 的地域也适用于 DlChannelReq （比如欧洲、中国，但美国和澳大利亚不可以，具体见《LoRaWAN地域相关参数》）
该命令会设置下行RX1的中心频率：
| 大小（字节） | 1 | 3 |
|---|---|---|
| DlChannelReq Payload | ChIndex | Freq |
频率（Freq）是一个 24bits 无符号整型，实际信道频率是 100 × Freq Hz，其中100MHz以下的值留待未来使用。通过这种方法可以以 100 Hz为步长，使用 100MHz~1.67GHz 之间任意的信道频率。 Freq == 0表示不使用该信道。终端设备必须对频率进行检查，保证它的射频硬件支持将要使用的频率，否则返回错误。
终端设备回复DlChannelAns。终端设备在没有收到下行数据前，会在所有上行数据的 FOpt 中携带 DlChannelAns，直到收到一次下行数据。这样可以保证及时上行链路存在丢包的情况，网络也总能知道终端设备使用的下行频率。
Payload包含以下信息：
| 大小（字节） | 1 |
|---|---|
| DlChannelAns Payload | Status |
Status含义如下：
| Bits | 7:2 | 1 | 0 |
|---|---|---|---|
| Status | RFU | Uplink frequency exists | Channel frequency ok |
| 0 | 1 |
|---|---|
| Channel frequency ok | 设备无法使用该频率 |
| Uplink frequency exists | 该信道的上行频率未定义，下行频率只能给有效上行频率的信道设置 |
5.7 Rx和Tx之间的延迟（RXTimingSetupReq,RXTimingSetupAns）
RXTimingSetupReq用来配置上行传输结束（一帧数据发送完成的时刻）到打开第一个接收窗口之间的时间间隔。第二个接收窗口比第一个晚1秒打开。
| 大小（字节） | 1 |
|---|---|
| RXTimingSetupReq Payload | Settings |
延迟（Delay）字段指定时间间隔，由两个4位的索引组成：
| 大小（bits） | 7:4 | 3:0 |
|---|---|---|
| Settings | RFU | Del |
延迟单位是秒（s），
| Del | 延迟(秒) |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 1 |
| 2 | 2 |
| 3 | 3 |
| … | … |
| 15 | 15 |
终端设备回复RXTimingSetupAns，并且不携带payload。
终端设备在没有收到下行数据前，会在所有上行数据的 FOpt 中携带 RXTimingSetupAns，直到收到一次下行数据。这样可以保证及时上行链路存在丢包的情况，网络也总能知道终端设备使用的下行参数。
5.7 Rx和Tx之间的延迟（RXTimingSetupReq,RXTimingSetupAns）
RXTimingSetupReq用来配置上行传输结束（一帧数据发送完成的时刻）到打开第一个接收窗口之间的时间间隔。第二个接收窗口比第一个晚1秒打开。
| 大小（字节） | 1 |
|---|---|
| RXTimingSetupReq Payload | Settings |
延迟（Delay）字段指定时间间隔，由两个4位的索引组成：
| 大小（bits） | 7:4 | 3:0 |
|---|---|---|
| Settings | RFU | Del |
延迟单位是秒（s），
| Del | 延迟(秒) |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 1 |
| 2 | 2 |
| 3 | 3 |
| … | … |
| 15 | 15 |
终端设备回复RXTimingSetupAns，并且不携带payload。
终端设备在没有收到下行数据前，会在所有上行数据的 FOpt 中携带 RXTimingSetupAns，直到收到一次下行数据。这样可以保证及时上行链路存在丢包的情况，网络也总能知道终端设备使用的下行参数。
5.8 终端发射参数(TxParamSetupReq,TxParamSetupAns)
该MAC命令只在需要监管的区域执行，参考《LoRaWAN地域相关参数手册》。
TxParamSetupReq命令可以用来通知终端设备其允许的最大驻留时间，比如：一个数据包在空中持续传输的最大时间，以及所允许的设备最大的EIRP（有效全向辐射功率）。
| 大小（字节） | 1 |
|---|---|
| TxParamSetup payload | EIRP_DwellTime |
EIRP_DwellTime字段的结构如下：
| Bits | 7:6 | 5 | 4 | 3:0 |
|---|---|---|---|---|
| MaxDwellTime | RFU | DownlinkDwellTime | UplinkDwellTime | MaxEIRP |
TxParamSetupReq的 [0:3] bits用来编码 Max EIRP值，见下表：
| 编码值 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Max EIRP(dBm) | 8 | 10 | 12 | 13 | 14 | 16 | 18 | 20 | 21 | 24 | 26 | 27 | 29 | 30 | 33 | 36 |
设备无线传输的最大功率即为EIRP的最大值。设备不必使用该功率进行传输，可也不能超过该EIRP。第4、第5位定义上、下行链路最大的驻留时间 ，编码如下：
| 编码值 | 驻留时间 |
|---|---|
| 0 | 无限制 |
| 1 | 400 ms |
该命令执行后，终端设备回复TxParamSetupAns。 TxParamSetupAns不携带任何负载数据。如果在一个对此没有要求的地域使用该命令，设备不执行，并且不回复。
PS
看到有些伙伴提问问题，由于本人的CSDN一般不在线。
为了方便交流，附个邮箱，有问题或者想法的朋友可以 
本文由 qingchuwudi 译制，除非另有声明，在不与原著版权冲突的前提下，本作品采用知识共享署名 3.0 中国大陆许可协议进行许可。
