Salieciet un smalki sagrieziet LoRaWAN vārtejas konfigurēšana Sākumā tas var šķist nedaudz biedējoši: radio parametri, tīkli, serveri, sertifikāti, dīvaini ID… bet patiesībā, ja jūs saprotat katru daļu, tas ir diezgan loģisks process. Šajā rakstā mēs pāriesim no aparatūras uz LoRaWAN serveri, tostarp TTN un AWS IoT Core, lai sniegtu jums pilnīgu un praktisku pārskatu.
Mēs balstīsimies uz reālās pasaules piemēriem, piemēram RAK vārtejas (RAK7289, RAK831)Tiks aplūkoti tādi publiski tīkli kā The Things Network (TTN), mākoņrisinājumi, piemēram, AWS IoT Core LoRaWAN, un ražotāju konfigurācijas, piemēram, MOKO. Visu šo saturu apkoposim saskaņotā ceļvedī, tostarp drošības brīdinājumos, padomos par vārtejas IP adreses atrašanu un detalizētā tīkla un radio konfigurācijas informācijā.
Pamatjēdzieni: kas ir LoRaWAN vārteja un ko tā dara
A LoRaWAN vārteja Tā ir ierīce, kas atbild par LoRa mezglu (sensoru, izsekotāju utt.) noklausīšanos un to ziņojumu pārsūtīšanu uz LoRaWAN tīkla serveri, izmantojot internetu (Ethernet, Wi-Fi, LTE/4G, 5G, satelītu utt.). To var uzskatīt par sava veida mobilo tālruņu tornis bet ļoti mazas jaudas ierīcēm.
Fiziskajā līmenī vārteja integrē vienu vai vairākus LoRa koncentratori (piemēram, RAK831), kas spēj uzraudzīt vairākus kanālus paralēli un dažādus izkliedes faktorus, vadības plate (piemēram, Raspberry Pi vai iegults SoC), tīkla saskarnes (Ethernet, Wi-Fi, LTE) un bieži vien GPS sinhronizācijai un mezglu aptuveno ģeogrāfisko atrašanās vietu.
LoRaWAN ekosistēmā vārteja neinterpretē lietojumprogrammu kadru saturu: vienkārši iekapsulēt un tālāk Paketes pāradresators nosūta paketes uz LoRaWAN serveri (LNS: LoRaWAN tīkla serveris) vai uz CUPS/LNS mākoņa infrastruktūru. Tāpēc galvenā konfigurācija ir saistīta ar radio parametriem, vārteju identifikatoriem un servera adresi, uz kuru dati tiks nosūtīti.
Atkarībā no izvietošanas jūs varēsiet izmantot publiskie vārti (piemēram, TTN kopienas locekļiem pilsētu teritorijās) vai izveidojiet savu vārteju, lai aptvertu lauku apvidu, saimniecību, izglītības iestādi vai rūpniecisko vidi, kur jums ir nepieciešama pilnīga infrastruktūras kontrole.
Tipiska LoRaWAN vārtejas aparatūra
Lai izveidotu vai izvietotu vārteju, jums ir pieejamas dažādas iespējas, sākot no slēgtām komerciālām ierīcēm līdz Uz Raspberry Pi bāzes veidoti izstrādes komplektiDiezgan reprezentatīvs piemērs ir integrēta RAK831 centrmezgla izmantošana ar Raspberry Pi.
Tipisks šāda stila LoRa vārtejas komplekts parasti ietver visas nepieciešamās aparatūras sastāvdaļas Lai sāktu darbu, nemeklējot atsevišķas detaļas: pati LoRaWAN koncentratora plate, mātesplate, antenas un adapteri. Tas ievērojami paātrina iestatīšanas procesu un novērš saderības problēmas.
Konkrētos MOKO komplektos, kuru pamatā ir RAK831 un Raspberry Pi 3B, iepakojumā cita starpā var būt iekļauts GPS adaptera plāksneGPS antena, stikla šķiedras LoRa antena ar pietiekamu pastiprinājumu masta uzstādīšanai, vairāki metri RG-58 koaksiālā kabeļa, koncentratora plates siltuma izkliedētājs un pat tādi parauga mezgli kā WisNode vai LoRa izsekotāji.
Šo komplektu lielā priekšrocība ir tā, ka Raspberry Pi atmiņas karte parasti nāk komplektā iepriekš konfigurēts ar vārtejas programmatūru (pakešu pārsūtītājs, konfigurācijas skripti utt.), tāpēc, lai sāktu darbu, nekas nav jākompilē vai jālejupielādē no GitHub, izņemot dažu konfigurācijas failu pielāgošanu.
Komerciālos vārtejos, piemēram, RAK7289Visa aparatūra ir integrēta rūpnieciskas klases, ārējai lietošanai paredzētā korpusā ar LoRa antenu un dažreiz arī papildu antenu LTE/4G tīklam. Šie modeļi parasti piedāvā diezgan vadāmu tīmekļa konfigurācijas saskarni, tāpēc darbs koncentrējas uz tīkla parametriem (IP, DNS utt.) un vārtejas norādīšanu uz pareizo LoRaWAN serveri.
Vārtejas tīkla konfigurācija: statiskā IP adrese, DHCP un sākotnējā piekļuve
Pirms pieskaršanās LoRaWAN daļai, pārliecinieties, vai Vārteja ir pareizi pievienota IP tīklam (LAN vai WAN). Bez interneta savienojuma (vai ar jūsu lokālo serveri) radio pareizai darbībai nav jēgas.
Daudzos vārtejos (piemēram, RAK7289) administrēšanas saskarne tiek parādīta tīmeklī un tai var piekļūt, izmantojot tās IP adrese tīklāVarat to konfigurēt kā DHCP klientu (kas automātiski iegūst IP adresi no maršrutētāja) vai ar statisku IP adresi atkarībā no tīkla topoloģijas.
Ja ierīce tika piegādāta no rūpnīcas vai to konfigurēja cita organizācija, tā var būt režīmā DHCP klientsTādā gadījumā jums būs jānoskaidro, kādu IP adresi ir piešķīris jūsu maršrutētājs vai tīkla DHCP serveris. Lai to izdarītu, varat:
- Konsultējieties tieši ar DHCP klientu saraksts maršrutētājā vai serverī, identificējot vārteju pēc tās MAC adreses vai resursdatora nosaukuma (piemēram, “RAK7289”).
- Izmantojiet tādus rīkus kā nmap vai citus IP skenerus, lai atklātu, kuras ierīces reaģē jūsu tīkla segmentā.
Dažos vārtejos ir iekļauts pārvaldības Wi-Fi piekļuves punkts Atvērts, īpaši izstrādāts sākotnējai iestatīšanai. Ja izveidojat savienojumu ar šo Wi-Fi tīklu, vārteja darbojas kā maršrutētājs, un datora noklusējuma vārtejas IP adrese būs ierīces pārvaldības IP adrese.
Svarīga drošības detaļa: pēc iedarbināšanas pabeigšanas ieteicams atspējot pārvaldības Wi-Fi ja vien tas nav absolūti nepieciešams, jo atvērts, pārvaldīts Wi-Fi tīkls reālās vidēs rada nepārprotamu ievainojamību.
Konfigurācijas saskarnē (piemēram, RAK vārtejas izvēlnē Tīkls → WAN saskarne) varat izvēlēties starp statisko IP adresi un DHCP, definēt DNS, apakštīkla masku, vārteju, kā arī mainīt piekļūt akreditācijas datiem pēc noklusējuma (lietotājvārds un parole), kurus nekad nevajadzētu atstāt, jo tie nāk no rūpnīcas.
Vārtejas iestatīšana un konfigurēšana tīklā The Things Network (TTN)
Kad jūsu vārtejai ir piekļuve internetam, nākamais solis daudzās kopienas vai laboratorijas izvietošanās reizēs ir integrēt to ar TTN (The Things Network), bezmaksas un publisks LoRaWAN tīkls, kas ir ideāli piemērots izglītības projektiem, testēšanai un nelieliem izvietojumiem.
Parastais process sākas ar konta izveidi TTN vietnē un piekļuvi vietnei Mierināt No profila ikonas. Pirmo reizi piesakoties sistēmā, sistēma lūgs izvēlēties reģionu (piemēram, Eiropa, Ziemeļamerika utt.), un no turienes varēsiet doties uz sadaļu “Lietojumprogrammas” vai “Vārtejas”. Lai reģistrētu vārteju, jums būs jāiet tieši uz sadaļu “Doties uz vārtejām”.
TTN konsolē, nospiežot pogu Reģistrācijas vārtejaJums tiks lūgta vairāku veidu informācija: vārtejas ID, tās unikālais EUI un jūsu reģiona frekvenču plāns. Vārtejas EUI parasti ir pieejams ierīces tīmekļa saskarnē vai programmaparatūrā, parasti LoRa tīkla iestatījumu sadaļā.
Ir svarīgi, lai TTN definētajam vārtejas ID ir jāatbilst ierīcē konfigurētajam.it īpaši, ja to pieprasa ražotāja dokumentācija. Turklāt jums būs jāizvēlas atbilstošais frekvenču plāns (piemēram, EU868 Eiropai), kas nosaka pieejamos kanālus un radio parametrus, kas ir saderīgi ar jūsu valsts noteikumiem.
Kad vārteja ir reģistrēta TTN, konfigurācija konsolē ir gandrīz pabeigta. TTN parādīs vārtejas statusu (savienots vai nē), kad ierīce sāks sūtīt paketes uz TTN pakešu pārsūtītājs izmantojot atbilstošo servera adresi.
Pakešu pāradresācijas konfigurācija un LoRaWAN parametri
Vārtejas saskarne (LoRa tīkla izvēlne → Tīkla iestatījumi → Pakešu pārsūtītājs vai līdzīga) ir vieta, kur LoRaWAN servera savienojuma parametriŠī sadaļa ir tilts starp LoRa radio pasauli un tīkla serveri.
Paketes pārsūtītājs tiek konfigurēts, norādot servera adrese (piemēram, TTN maršrutētājs vai pielāgots maršrutētājs, piemēram, router.us.mokolora.network MOKO izvietojumos), kā arī augšupējās un lejupējās pieslēgvietas (serv_port_up un serv_port_down). Katru konfigurēto serveri var arī iespējot vai atspējot, izmantojot tipisku karodziņu, piemēram, serv_enabled.
MOKO un Raspberry Pi bāzes vārtejās daudzi no šiem parametriem tiek glabāti JSON failos, piemēram, global_config.json y local_config.json, kas attiecīgi definē vispārīgo reģiona konfigurāciju un konkrētos vārtejas datus (ID, atrašanās vietu, serverus utt.).
global_config.json failā parasti ir iekļauts gateway_conf bloks ar iestatījumiem GPS un sinhronizācijaPiemēram:
{"gateway_conf":{"GPS":true,"gps_tty_path":"/dev/ttyAMA0","fake_gps":false}}
Lai gan local_config.json saglabā datus, piemēram, vārtejas_ID, koordinātas (ref_latitude, ref_longitude, ref_altitude), kontaktinformācijas e-pasts, apraksts un serveru saraksts, ar kuriem pakešu pāradresators izveido savienojumu, katram norādot savu servera adresi, serv_port_up, serv_port_down un serv_enabled.
Konfigurācijas failu pārvaldība un vārtejas ID
Raspberry Pi tipa sistēmās ar MOKO interesants aspekts ir tas, kā tas ģenerē un pārvalda vārtejas IDParasti to aprēķina no tīkla saskarnes MAC adreses (piemēram, eth0), izmantojot skriptu, kas to pārveido par EUI64 identifikatoru, starp tiem ievietojot "FFFE" un rezultātu rakstot ar lielo burtu.
Šis gateway_ID pēc tam tiek izmantots failā local_config.json, lai unikāli identificētu vārteju uz LoRaWAN serveri. Turklāt daudzi izvietojumi balstās uz shēmu, kas sastāv no attālā konfigurācija pamatojoties uz GitHub repozitoriju, kurā tiek publicēti katra reģiona global_config.json faili un konkrētu vārteju local_config.json faili.
Mehānisms darbojas šādi: startēšanas laikā LoRa koncentrators no GitHub lejupielādē tā gateway_ID atbilstošo konfigurācijas failu, pārbauda izmaiņas kopš pēdējās startēšanas un, ja atrod jaunu versiju, sinhronizē to, izveidojot simboliskā saite no bin/local_config.json uz klonēto repozitorija failu.
Ja vēlaties izmantot šīs sistēmas priekšrocības, varat Augšupielādējiet savu konfigurācijas failu attālajā repozitorijāNosaucot to ar gateway_ID (piemēram, MFP254862KEF1034.json), izveidojiet tā forku, nosūtiet pieprasījumu galvenajam repozitorijam, un pēc tā apstiprināšanas jūsu vārteja automātiski lejupielādēs šo konfigurāciju nākamajās startēšanas reizēs.
Tas ļauj atjaunināt kritiskos parametrus (serverus, frekvences, aprakstu, kontaktinformāciju), fiziski nepiekļūstot katram vārtejai, ja vien tas ir interneta pieslēgums un sinhronizācijas programmatūra ir iespējota.
Reģionālie iestatījumi, kanāli un frekvences kļūdas
Viens aspekts, kas rada daudz jautājumu, konfigurējot LoRaWAN vārtejas, ir reģionālā frekvenču konfigurācijaKatrā valstī vai ģeogrāfiskajā apgabalā ir noteiktas LoRa iespējotas joslas (piemēram, 868 MHz Eiropā, 915 MHz noteiktos Amerikas reģionos utt.), un tīkla serveri pārbauda, vai paketes nonāk atļautajās frekvencēs.
Vārtejas globālie konfigurācijas faili (global_config.json) definē radio kanāli un parametri (frekvences, joslas platums, izkliedes koeficients utt.) katram reģionam. GitHub ir pieejamas publiskas krātuves ar iepriekš definētām konfigurācijām vairākiem reģionālajiem plāniem, kas ievērojami vienkāršo izvietošanu.
Ja jūsu vārtejas konfigurācija neatbilst servera, ar kuru veidojat savienojumu, konfigurācijai, var rasties šādas kļūdas: “Pakete NORAIDĪTA, frekvence nav saderīga”Piemēram, vārteja var sūtīt paketes 868.3 MHz frekvencē, kamēr serveris gaida paketes 890–975 MHz diapazonā, radot kļūdas pakešu pāradresācijas žurnālā.
Lai izvairītos no šīm kļūdām, noteikti lejupielādējiet global_config.json atbilst jūsu reģionamun ka jūsu serveris (TTN, MOKO, AWS IoT Core) ir konfigurēts ar to pašu frekvenču plānu. Jums arī jāpārbauda, vai gala mezgli (izsekotāji, sensori utt.) izmanto to pašu joslu, kas definēta vārtejā un serverī.
Piemēram, tādās valstīs kā Ķīna tiek izmantotas īpašas konfigurācijas ar atšķirīgām joslām un kanāliem nekā Eiropā, tāpēc nepietiek tikai kopēt jebkuru piemēru no interneta; ir jāizmanto konkrēts fails, kas saistīts ar jūsu ģeogrāfisko apgabalu lai viss sakristu kopā.
LoRaWAN vārteju savienošana ar AWS IoT Core
Sarežģītākās izvietošanas reizēs vārtejas var integrēt tieši ar AWS IoT Core LoRaWAN, izmantojot Amazon mākoņpakalpojumu iespējas ierīču pārvaldībai, datu vākšanai un ziņojumu apstrādei.
Vispārējā plūsma sastāv no vārtejas reģistrēšanas AWS IoT Core LoRaWAN vajadzībām, nepieciešamās informācijas (sertifikātu, galapunktu URL) iegūšanas un vārtejas ierīces konfigurēšanas savienojuma izveidei ar CUPS vai LNS galapunkts no AWS, saskaņā ar atbalstīto protokolu.
Atkarībā no vārtejas veida pārdevēja dokumentācijā būs paskaidrots, kā augšupielādēt uzticamības sertifikātus Rokasgrāmatā ir paskaidrots, kā norādīt ceļus uz šiem sertifikātiem programmaparatūrā un kā tos norādīt uz AWS nodrošinātajiem CUPS vai LNS URL. Ir svarīgi precīzi ievērot šo rokasgrāmatu, jo TLS autentifikācija ir obligāta.
Vārtejās, kas ir saderīgas ar CUPS protokolu, būs jānorāda CUPS galapunkta URL, kura formāts būs līdzīgs šim: prefix.cups.lorawan.region.amazonaws.com:443. Vārtejās, kas ir saderīgas ar LNS, URL būs līdzīgs šim: https://prefix.lns.lorawan.region.amazonaws.com:443, vienmēr izmantojot 443. osta un drošs savienojums.
Kad sertifikāti ir augšupielādēti un galapunkti ir konfigurēti, vārteja sāks sazināties ar AWS IoT Core LoRaWAN Un tā statusu (savienots, pēdējā saņemtā augšupsaite utt.) var pārbaudīt tīmekļa konsolē vai izmantojot GetWirelessGatewayStatistics API, kas JSON formātā atgriež tādu informāciju kā ConnectionStatus un LastUplinkReceivedAt.
Vārtejas statusa uzraudzība, izmantojot AWS konsoli un API
Pēc vārtejas pievienošanas AWS IoT Core LoRaWAN vajadzībām platforma piedāvā vairākus veidus, kā pārliecinieties, ka viss darbojas pareizi.Ātrākā iespēja ir AWS IoT tīmekļa konsole, kur ir īpaša sadaļa “Vārtejas”.
Konsolē, lapā “Vārtejas” atlasot savu vārteju, parādīsies bloks. LoRaWAN specifiskas detaļasTur var redzēt savienojuma statusu, kā arī pēdējā saņemtā augšupielādes datuma un laika datus, kas ļauj uzreiz pārbaudīt, vai vārteja ir aktīva un sazinās ar mākoni.
Ja vēlaties automatizēt uzraudzību, varat izmantot GetWirelessGatewayStatistics APIŠai darbībai nav nepieciešams pieprasījuma pamatteksts, un tā atgriež JSON failu, kas norāda, piemēram, ConnectionStatus (Savienots/Atvienots), LastUplinkReceivedAt ar laika zīmogu un ierīcei atbilstošo WirelessGatewayId.
Atbildes piemērs būtu šāds: kaut kas līdzīgs: {"ConnectionStatus":"Connected","LastUplinkReceivedAt":"2021-03-24T23:13:08.476015749Z","WirelessGatewayId":"30cbdcf3-86de-4291-bfab-5bfa2b12bad5"}, ko varat integrēt savos uzraudzības rīkos vai pielāgotos informācijas paneļos.
Tādā veidā gan no konsoles, gan no API jums ir ļoti skaidri veidi, kā noteikt savienojamības kļūmesilgstoša vārtejas neaktivitāte vai konfigurācijas problēmas, kas neļauj augšupsaitēm pareizi sasniegt AWS IoT Core.
Lietojumprogrammu un gala ierīču reģistrēšana TTN sistēmā
Atgriežoties pie TTN vides, kad vārteja ir darbspējīga un reģistrēta, ir vēl viens svarīgs solis: reģistrēt lietojumprogrammu un gala ierīces (mezgli, izsekotāji, sensori). Tas, ka vārteja TTN tiek rādīta kā savienota, nenozīmē, ka jūs jau saņemat datus no saviem mezgliem.
TTN konsolē dodieties uz sadaļu “Lietojumprogrammas” un izveidojiet jaunu lietojumprogrammu, piešķirot tai nosaukumu/ID. Šajā lietojumprogrammā jūs izmantosiet pogu “reģistrēt gala ierīci” Lai reģistrētu katru LoRaWAN mezglu, datus var aizpildīt manuāli vai izmantot veidnes atkarībā no ierīces veida.
Galvenie parametri ietver DevEUI, JoinEUI (APP-EUI) un AppKeyDaži rīki, piemēram, TTN konsole, ļauj Automātiski ģenerēt DevEUI un AppKey izmantojot ģenerēšanas pogas, vienkāršojot palaišanu, izmantojot vispārīgus mezglus vai pielāgotas izstrādes.
Dažos gadījumos JoinEUI gadījumā var iestatīt praktiski jebkuru vērtību, ja vien tā atbilst ierīces iestatījumi (Piemēram, Loko konfigurācijas rīkā APP-EUI parametrs atbilst JoinEUI TTN). Atlikušajām atslēgām ir precīzi jāsakrīt starp konsoles un mezgla programmaparatūru.
Kad pēdējā ierīce ir reģistrēta, varat doties uz sadaļu “Lietotnes formatētāji” un izvēlēties tādas opcijas kā KajennaLPP augšupsaites dekodēšanai. Tas ļauj datus attēlot lietotājam draudzīgākos formātos un atvieglo integrāciju ar informācijas paneļiem, datubāzēm un vizualizācijas sistēmām.
Praktisks piemērs ar izsekotājiem un konfigurācijas rīkiem
Diezgan izplatīts reālās pasaules piemērs ir LoRaWAN GPS izsekotāji lai noteiktu cilvēku, transportlīdzekļu vai aktīvu atrašanās vietu, periodiski nosūtot to koordinātas tīklā. Tādas ierīces kā Dragino TrackerD vai Loko Air ļoti labi ilustrē šo procesu.
Piemēram, izglītības vidē TTN vienā lietotnē var reģistrēt vairākus izsekotājus, izmantojot faktu, ka katram no tiem ir unikālas akreditācijas (DevEUI, AppEUI/JoinEUI, AppKey), kas ir dokumentēti jūsu rokasgrāmatā vai uz ierīces etiķetes. Tie visi ir saistīti ar vienu un to pašu lietojumprogrammu, bet ir individuāli identificēti.
Lai konfigurētu papildu izsekošanas parametrus (koordinātu nosūtīšanas biežumu, trauksmes signāla ilgumu utt.), ierīci var pievienot, izmantojot USB, un seriālo saskarni var izmantot ar 115200 baudu pārraides ātrumu, nosūtot iepriekš definētas AT komandasDaži modeļi nepieņem ievades "pa vienai atslēgai"; tā vietā visa komanda ir jāievada uzreiz, lai to pareizi interpretētu.
Tādu ierīču kā Loko Air gadījumā rīks Loko konfigurācijas rīks Tas ļauj nolasīt pašreizējo konfigurāciju, iespējot LoRaWAN režīmu un aizpildīt trīs būtiskos parametrus (JoinEUI/AppEUI, DevEUI un AppKey), lai tie atbilstu gala ierīces aktivizācijas informācijai pakalpojumā The Things Network.
Pēc iestatījumu lietošanas un ierīces restartēšanas, ja vārteja darbojas pareizi un atrodas diapazonā, jums vajadzētu sākt redzēt tiešraides satiksme TTN sadaļā “Gala ierīces”, tostarp ziņojumi ar dekodētām vērtajām kravām un izsekotāja atrašanās vietu kartē, ja formāts to atļauj.
Turklāt TTN konsolē redzamo informāciju var integrēt publiskos informācijas paneļos, piemēram, Datu kūkakas ļauj neapstrādātus LoRaWAN datus pārveidot lietotājam draudzīgās vizualizācijās, koplietojamos informācijas paneļos vai rezultātu tablo izglītības projektiem un lietu interneta pilotprojektiem.
Ņemot vērā visu šo procesu, sākot no aparatūras līdz mākonim, ieskaitot TTN, AWS un radio konfigurācijas precizēšanu, ir skaidrs, ka LoRaWAN vārteja nav tikai "antena", bet gan neiralģiskais punkts kas savieno sensoru fizisko pasauli ar datu platformām, kur faktiski tiek ģenerēta projekta vērtība.
Pēdējā rindkopa
Kad ir izprasta iekšējā darbība — RAK831 vai RAK7289 aparatūra, global_config un local_config faili, attālā sinhronizācija, izmantojot GitHub, IP konfigurācija un pārvaldības Wi-Fi atspējošana, TTN iestatīšana un parametru noteikšana, drošs savienojums ar AWS IoT Core un lietojumprogrammu un gala ierīču, piemēram, GPS izsekotāju vai Loko Air ierīču, reģistrēšana —, kļūst daudz vieglāk saprast, ka… LoRaWAN vārtejas konfigurēšana Tā ir vienkārši vairāku loģisku darbību sakārtota summa, kur galvenais ir ievērot reģionālo frekvenču plānu, saskaņot ID un atslēgas starp vārteju, serveri un mezgliem, kā arī paļauties uz dažādu pakalpojumu konsolēm un API, lai visu laiku pārbaudītu, vai pienāk augšupsaites un vai LoRaWAN infrastruktūra darbojas tā, kā paredzēts jūsu faktiskajā izvietojumā.