OTAA(Over-The-Air Activation)，是LoRaWAN的一種空中入網方式。當node在上電的時候處于非入網狀態時，需要先入網才能和服務器進行通信。其操作就是node發送join_request message，請求入網，然后服務器同意入網，并且返回Join-accept message，node再對信息進行解析，獲取通信參數，之后就可以和服務器通信了。

準備工作

node端在做OTAA入網之前，需要先具備三個參數：

• APPEUI node自定義的8字節長地址
• APPKEY 服務器和node端都事先存好，用于對Join_acept message 做加解密處理
• DevNonce 2字節的隨機數，用于生成隨機的AppSKey和NwkSKey

這些參數可以通過程序固話在里面，或者通過串口或其他方式在入網操作前告訴node。

當這些準備工作都做好了之后，node設備就能夠入網了。

第一步

1.node發起入網請求，也就是發送join_request message，

根據LoRaWAN specification 可知，join_request message的格式如下:

MHDR	APPEUI	DevEUI	DevNonce	MIC
1字節	8字節	8字節	2字節	4字節

其中

字段	描述
MHDR	數據包頭，其中包含了數據包的類型，也就是說從這個包頭可以知道，這是一個join_request message
APPEUI	應用EUI
DevEUI	node的長地址，由node自己定義
DevNonce	一個隨機數，用來生成密碼
MIC	4字節的校驗

需要注意的是Join_request message是未加密的

第二步

2.GW將此數據上傳至NS

GW對MAC層的數據不進行解析，而是直接將其進行base64編碼之后，封裝成JSON包上傳至NS,MAC層的數據位于rxpk.data

樣例數據：

{
    "rxpk": [
        {
            "tmst": 532505620,
            "chan": 6,
            "rfch": 0,
            "freq": 471.9,
            "stat": 1,
            "modu": "LORA",
            "datr": "SF12BW125",
            "codr": "4/5",
            "lsnr": -17,
            "rssi": -81,
            "size": 23,
            "data": "AAEAACAAxSYsFhAWIAB3SgBUe0At4Zo="
        }
    ]
}

此處，將data進行base64解碼，我們就可以看到MAC層數據了，因為join_request message數據是未加密的

data部分的內容如下：

/x00 /x01 /x00 /x00 /x20 /x00 /xc5 /x26 
/x2c /x16 /x10 /x16 /x20 /x00 /x77 /x4a 
/x00 /x54 /x7b /x40 /x2d /xe1 /x9a 

各部分的內容分別為：

字段	內容
MHDR	/x00
AppEUI	/x01 /x00 /x00 /x20 /x00 /xc5 /x26 /x2c
DevEUI	/x16 /x10 /x16 /x20 /x00 /x77 /x4a /x00
DevNonce	/x54 /x7b
MIC	/x40 /x2d /xe1 /x9a

第三步

3.NS向AS發送設備入網包

樣例數據:

{
    "join": {
        "request": {
            "frame": "AAEAACAAxSYsFhAWIAB3SgBUe0At4Zo"
        }
    }
}

將join.frame進行base64 解碼，得到的內容為：

/x00 /x01 /x00 /x00 /x20 /x00 /xc5 /x26 
/x2c /x16 /x10 /x16 /x20 /x00 /x77 /x4a 
/x00 /x54 /x7b /x40 /x2d /xe1 /x9a 

可以看到，原先的MAC 層的data數據沒有變化

第四步

4.AS同意入網并且向NS回復同意入網

樣例數據:

{
    "join": {
        "moteeui": "4a770020161016",
        "accept": true
    }
}

第五步

5.NS生成MoteAddr,并將node端的信息發送給AS

樣例數據:

{
    "join": {
        "appeui": "2c26c50020000001",
        "moteeui": "4a770020161016",
        "details": {
            "moteaddr": "48000002",
            "devicenonce": 31572
        }
    }
}

第六步

6.AS生成密鑰，并將相關信息告訴NS

樣例數據:

{
    "join": {
        "moteeui": "4a770020161016",
        "complete": {
            "frame": "IPqAKXQ7LS/CmYVCDy8K3k4",
            "networkkey": "de03331aeb4254e9727b6fafbf13db3d"
        }
    }
}

可以看到，networkkey直接發送給NS了，這也就是NwkSKey，之所以明文告訴NS，是因為:
1.NS不做解密的工作,所以不能通過APPKEY解密負載得到
2.networkkey在NS對上下行數據進行校驗的時候會使用到

第七步

7.NS將數據告訴GW,GW再轉換成MAC包，發送給node

樣例數據：

{
    "txpk": {
        "tmst": 537505620,
        "freq": 471.9,
        "rfch": 0,
        "powe": 14,
        "modu": "LORA",
        "datr": "SF12BW125",
        "codr": "4/5",
        "ipol": true,
        "size": 17,
        "data": "IPqAKXQ7LS/CmYVCDy8K3k4"
    }
}

需要注意的是,此時的data部分是經過base64編碼以及AES加密的，直接解碼，看到的數據是無效的，需要再進行解密，解密需要使用APPKEY，也就是之前介紹的APPKEY.

txpk.data部分就是LoRaWAN MAC的join_accept message.

第八步

8.node解析join_accept message 部分

根據LoRaWAN specification 可知，join_accept message的格式如下:

MHDR	AppNonce	NetID	DevAddr	DLSettings	RxDelay	CFList(pad16)	MIC
1字節	3字節	3字節	4字節	4字節	1字節	0/16字節	4字節

其中

字段	描述
MHDR	數據包頭，其中包含了數據包的類型，也就是說從這個包頭可以知道，這是一個join_accept message
AppNonce	3字節的unique ID,服務器生成的，產生AppSKey/NwkSKey 會用到
NetID	網絡ID，產生AppSKey/NwkSKey 會用到
DevAddr	設備的短地址
DLSettings	設置RX1和RX2的下行接受串口的速率
RxDelay	從發送完成到打開RX1接受串口的事件
CFList(pad16)	我也不知道是什么，目前看到的都是0個字節
MIC	4字節的校驗

需要注意的是Join_accept message是加密的，需要使用APPKEY解密

txpk.data:
 "data": "IPqAKXQ7LS/CmYVCDy8K3k4"

base64解碼:
/x20 /xfa /x80 /x29 /x74 /x3b /x2d /x2f
/xc2 /x99 /x85 /x42 /x0f /x2f /x0a /xde
/x4e

這個數據是未解密的，我們還需要解密

解密后為
/x20 /x43 /x75 /xcb /x24 /x00 /x00 /x02
/x00 /x00 /x48 /x03 /x00 /x82 /xc9 /xd0
/xf9

具體的情況如下:

字段	解密前	解密后
MHDR	/x20	/x20
AppNonce	/xfa /x80 /x29	/x43 /x75 /xcb
NetID	/x74 /x3b /x2d	/x24 /x0 /x0
DevAddr	/x2f /xc2 /x99 /x85	/x2 /x0 /x0 /x48
DLSettings	/x42	/x3
RxDelay	/x0f	/x0
CFList
MIC	/x2f /x0a /xde /x4e	/x82 /xc9 /xd0 /xf9

可以看到,DevAddr為0x48000002，而AppSKey和NwkSKey無法直接看出來，需要再計算

計算公式如下:

• NwkSKey = aes128_encrypt(AppKey, 0x01 | AppNonce | NetID | DevNonce | pad16)
• AppSKey = aes128_encrypt(AppKey, 0x02 | AppNonce | NetID | DevNonce | pad16)