基于RIOT OS的LoRa信號的被動數據包嗅探應用程序

描述

概述

該項目是柏林自由大學“軟件項目互聯網技術”課程的一部分，其靈感來自Kwon Nung Choi 等人的論文“ LoRadar：通過被動數據包嗅探進行 LoRa 傳感器網絡監控”。

我們為基于 RIOT-OS 的 LongeRange (LoRa) 信號編寫了一個被動數據包嗅探應用程序。作為硬件，我們使用了 STMicroelectronics 的 LoRa 板 (B-L072Z-LRWAN1)。

LoRa 和 LoRaWAN

LoRa 是一種用于無線低功率網絡的調制技術。LoRa 使用相當穩健的啁啾信號并覆蓋物理層。LoRaWAN 覆蓋了網絡層。LoRa 根據各種因素（障礙物、天線高度、天線、傳輸參數）達到 1 到 10 km 的距離，并達到 0.3 kbit/s 到 50 kbit/s 的數據速率。

LoRaWAN 數據包的實際負載是加密的。然而，我們可以讀出各種元數據信息：

• Time (long/int)：自記錄開始以來的時間戳計數
• ChannelFreq (long/int)：接收數據包的頻率，對于 EUW，這可能是 867.1、867.3、867.5、867.7、867.9、868.1、868.3、868.5
• RSSI (int: -122-0)：接收信號強度指示，單位為 dBm
• SNR (int: -20-10): 信噪比
• MType (int: 2, 4, 0): 0 - join request, 2 - unconfirmed data up packet, 4 - 確認數據 up packet
• DevAddr（8 個字符的字符串）：設備地址為十六進制字符串
• ADR (int 0, 1)：自適應數據速率“關閉”或“開啟”
• ADRACKReq (int 0, 1): 1 需要確認以確保 ADR 仍在工作
• ACK (int 0, 1)：是否需要確認
• FCnt(int)：數據包的幀數
• FOptslen (int): fopts 的大小
• FOpts (string): frameopts 為十六進制字符串
• FPort (int 0-255)：0 有效載荷包含 MAC 命令，1-223 有效載荷是特定于應用程序的，224-255 保留以供將來使用

可視化

Python 腳本創建一個 PDF 報告，其中包含在命令行中執行時顯示信息的多個圖表。該腳本還提供了選擇要在報告中評估的時間段以及查看有關特定設備的更多信息的功能。

硬件

我們使用 STMicroelectronics 的 B-L072Z-LRWAN1 板，因為它受 RIOT-OS 支持，并且已經具有 LoRa 天線。如果進行了適當的配置，其他設備也應該可以工作。我們需要做一些修改。我們希望將收到的包裹存儲到 MicroSD 卡上。這使我們可以讓設備運行一段時間，并且我們可以在不移動設備的情況下輕松切換 SD 卡以讀取數據。我們使用可能需要焊接的 MicroSD 分線板（取決于您的分線板）。然后我們根據文檔連接跳線B-L072Z-LRWAN1 板的。作為第二個修改，我們希望用電池為我們的電路板供電，并且仍然能夠對其進行閃爍。因此，我們需要在 SB37<->NRST 處拆焊橋接并將跳線焊接到可以連接到 CN12(5) 的 SB37 上。如果斷開連接，則電路板由電池供電，如果連接，我們可以通過 CN7 USB STLINK 對其進行閃爍，然后從那里為它供電。

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