Tuotteet/ EMU Professional II/ LoRa

Liitäntä · EMU Professional II

LoRa EMU Professional II:ssa: LoRaWAN, TTN ja payload-dekooderi

Radio lisenssivapaalla EU868-taajuusalueella, kantama tiedonsiirtonopeuden sijaan, mittarit, jotka lähettävät itsestään. Tämä sivu selittää, miten LoRa ja LoRaWAN liittyvät toisiinsa, miksi duty cycle määrää tahdin ja miten TTN-malli ja dekooderimme antavat luettavat arvot ilman omaa ohjelmointia.

Periaate

Miten LoRa toimii?


Kaksi käsitettä sekoitetaan jatkuvasti. LoRa on radiotekniikka – hajaspektrimodulaatio, joka levittää kapean signaalin niin laajalle, että se havaitaan vielä kohinatason alapuolellakin. Se tuo kantamaa tiedonsiirtonopeuden kustannuksella. LoRaWAN on sen päällä toimiva verkkoprotokolla: yhdyskäytävät, verkkopalvelin, salaus, liittymismenettely.

Logiikka on eri kuin M-Busissa tai Modbusissa: mikään master ei kysy mittarilta. Mittari lähettää itse pienen paketin kiinteässä rytmissä, ja radiokantaman sisällä oleva yhdyskäytävä vastaanottaa sen ja välittää verkkopalvelimelle. Jokaisen lähetyksen jälkeen laite avaa hetkeksi kaksi vastaanottoikkunaa – se on luokka A, energiaa säästävin toimintatila.

Euroopassa tämä tapahtuu lisenssivapaalla EU868-taajuusalueella. Lisenssivapaa ei tarkoita sääntövapaata: voimassa on duty cycle -raja, joka rajoittaa lähetysaikaa laitetta ja tuntia kohden. Siksi LoRa on tehty vartti- tai tuntiarvoille eikä sekuntiarvoille.

Käsitteet

LoRa

Radiotekniikka. Hajaspektrimodulaatio, kantama tiedonsiirtonopeuden kustannuksella.

LoRaWAN

Verkkoprotokolla: yhdyskäytävät, verkkopalvelin, avaimet, liittyminen.

Spreading factor

SF7–SF12. Suurempi tarkoittaa pidemmälle ja kestävämmin, mutta hitaammin ja pidemmällä lähetysajalla.

Duty cycle

Lakisääteinen lähetysajan rajoitus laitetta kohden lisenssivapaalla taajuusalueella.

luokka A

Laite lähettää, sitten kaksi lyhyttä vastaanottoikkunaa. Säästäväisin tila.

OTAA

Liittyminen radion kautta DevEUI:lla, JoinEUI:lla ja AppKeyllä. Suositeltu tapa.

ABP

Kiinteästi ohjelmoidut istuntoavaimet. Yksinkertaisempi, mutta vähemmän turvallinen.

Payload

Paketin hyötytiedot – tiiviisti pakattuja tavuja, ei luettavaa tekstiä.

Tiedon kulku

Miten LoRa-mittarin mittausarvot päätyvät turvallisesti kohdejärjestelmään?


Omalla verkkopalvelimella tai suoraan Joulio-Webissä: mittari liittyy verkkoon OTAA:lla, ja kaikki mittausarvot kulkevat päästä päähän salattuina. Tämä koskee niin EMU Professional II LoRaa kuin Helvatronin H2O- ja DELTA III -mittareita. Yhdyskäytävät vain välittävät.

Käyttötapaus 1: ulkoinen verkkopalvelin ja API

Radio EU868RunkoyhteysAPIKaksoiskappale hylättyProfessional II LoRaSähkö · EMUHelvatron H2OVesiHelvatron DELTA IIILämpöYhdyskäytävä 1SIM-modeemi (LTE)Yhdyskäytävä 2LANVerkkopalvelinLNS + join-palvelinPayload-dekooderiValvomoLaskutusPilvi / BIMittarissaDevEUIJoinEUIAppKeyDevAddrNwkSKeyAppSKeyIstuntoavaimet liittymisen jälkeenYhdyskäytävissäei avaimiavälittävät vain paketitVerkkopalvelimessaDevEUIJoinEUIAppKeyDevAddrNwkSKeyAppSKeyIstuntoavaimet liittymisen jälkeen
  1. Avaimet tallennettuJokainen mittari tuntee DevEUI-tunnuksensa, JoinEUI:n ja salaisen AppKeyn. Samat kolme arvoa on tallennettu verkkopalvelimeen. AppKeytä ei koskaan lähetetä radioteitse.
  2. Join requestMittari liittyy verkkoon DevEUI:lla, JoinEUI:lla ja satunnaisluvulla. Viesti on allekirjoitettu AppKeyllä. Jokainen kantaman sisällä oleva yhdyskäytävä vastaanottaa sen, tässä molemmat.
  3. Välitys LTE- ja LAN-yhteydelläYhdyskäytävä 1 lähettää integroidun SIM-modeemin kautta, yhdyskäytävä 2 LANin kautta. Yhdyskäytävät eivät avaa mitään. Verkkopalvelin tunnistaa kahdesti vastaanotetun paketin ja hylkää kaksoiskappaleen.
  4. Join acceptVerkkopalvelin tarkistaa allekirjoituksen, antaa verkko-osoitteen (DevAddr) ja vastaa AppKeyllä salattuna sen yhdyskäytävän kautta, jolla on paras kuuluvuus.
  5. IstuntoavaimetMittari ja verkkopalvelin laskevat toisistaan riippumatta samat istuntoavaimet: NwkSKey eheyden ja AppSKey mittausarvojen suojaamiseen. Kumpaakaan ei lähetetä.
  6. Mittausarvojen lähetysSähkö-, vesi- ja lämpömittarit lähettävät arvonsa kiinteässä rytmissä AppSKeyllä salattuina. Yhdyskäytävät eivät pysty lukemaan sisältöä.
  7. Tarkistus ja dekoodausVerkkopalvelin tarkistaa allekirjoituksen, hylkää kaksoiskappaleet, purkaa salauksen AppSKeyllä ja muuntaa tavut payload-dekooderilla kWh:ksi, m³:ksi ja lämpömääräksi.
  8. Välitys API:n kauttaDekoodatut arvot välitetään verkkopalvelimen API:n kautta, esimerkiksi REST-, webhook- tai MQTT-yhteydellä, valvomoon, laskutukseen tai pilveen.

Käyttötapaus 2: Joulio-Web ja integroitu verkkopalvelin

Radio EU868RunkoyhteysKäyttöKaksoiskappale hylättyProfessional II LoRaSähkö · EMUHelvatron H2OVesiHelvatron DELTA IIILämpöYhdyskäytävä 1SIM-modeemi (LTE)Yhdyskäytävä 2LANJoulio-Webintegroitu LNSDekooderi + analyysiKoontinäytötLaskelmatAPI (valinn.)MittarissaDevEUIJoinEUIAppKeyDevAddrNwkSKeyAppSKeyIstuntoavaimet liittymisen jälkeenYhdyskäytävissäei avaimiavälittävät vain paketitJoulio-WebissäDevEUIJoinEUIAppKeyDevAddrNwkSKeyAppSKeyIstuntoavaimet liittymisen jälkeen
  1. Avaimet tallennettuJokainen mittari tuntee DevEUI-tunnuksensa, JoinEUI:n ja salaisen AppKeyn. Samat kolme arvoa on tallennettu Joulio-Webiin. AppKeytä ei koskaan lähetetä radioteitse.
  2. Join requestMittari liittyy verkkoon DevEUI:lla, JoinEUI:lla ja satunnaisluvulla. Viesti on allekirjoitettu AppKeyllä. Jokainen kantaman sisällä oleva yhdyskäytävä vastaanottaa sen, tässä molemmat.
  3. Välitys LTE- ja LAN-yhteydelläYhdyskäytävä 1 lähettää integroidun SIM-modeemin kautta, yhdyskäytävä 2 LANin kautta. Yhdyskäytävät eivät avaa mitään. Joulio-Web tunnistaa kahdesti vastaanotetun paketin ja hylkää kaksoiskappaleen.
  4. Join acceptJoulio-Web tarkistaa allekirjoituksen, antaa verkko-osoitteen (DevAddr) ja vastaa AppKeyllä salattuna sen yhdyskäytävän kautta, jolla on paras kuuluvuus.
  5. IstuntoavaimetMittari ja Joulio-Web laskevat toisistaan riippumatta samat istuntoavaimet: NwkSKey eheyden ja AppSKey mittausarvojen suojaamiseen. Kumpaakaan ei lähetetä.
  6. Mittausarvojen lähetysSähkö-, vesi- ja lämpömittarit lähettävät arvonsa kiinteässä rytmissä AppSKeyllä salattuina. Yhdyskäytävät eivät pysty lukemaan sisältöä.
  7. Tarkistus ja dekoodausJoulio-Web tarkistaa allekirjoituksen, hylkää kaksoiskappaleet, purkaa salauksen AppSKeyllä ja muuntaa tavut payload-dekooderilla kWh:ksi, m³:ksi ja lämpömääräksi.
  8. Suoraan Joulio-WebissäJoulio-Web hallinnoi avaimia itse ja käyttää arvoja suoraan koontinäyttöihin, kuormitusprofiiliin ja käyttökustannuslaskelmiin. Kolmannen osapuolen järjestelmät liitetään Joulio-Webin API:n kautta.

Integrointi

Miten sähkömittarin LoRa-payload dekoodataan?


Verkkopalvelimelle saapuu aluksi lyhyt tavulohko. Jotta siitä saadaan ”pätijäenergia otto, tariffi 1, 128 431 kWh”, tarvitaan payload-dekooderi: pieni koodinpätkä, joka purkaa tavut laitteen payload-rakenteen mukaan.

Juuri tähän LoRa-projektit useimmiten kaatuvat – eivät radioyhteyteen, vaan siihen, että dekooderi kirjoitettiin käsin eikä sitä koskaan dokumentoitu. Siksi toimitamme sen valmiina.

The Things Network

TTN-verkossa EMU Professional II LoRa on saatavilla suoraan mallina. Luo laite, valitse malli, syötä avaimet – dekooderi tulee mukana. Yleisimmässä tapauksessa asia on sillä kokonaan hoidettu.

Muut verkkopalvelimet

Muihin järjestelmiin integrointia varten dekooderi on GitHubissa. Mukana on kaksi suoraan selaimessa toimivaa työkalua: payload-dekooderi vastaanotetun paketin tarkistamiseen ja payload-generaattori testipakettien luomiseen ennen ensimmäisen mittarin asennusta. Molemmat säästävät vianhakua paikan päällä.

Testaa ennen asennusta

Payload-generaattorilla koko ketju verkkopalvelimelta kohdejärjestelmään voidaan rakentaa ja tarkistaa ennen kuin yksikään mittari roikkuu kuilussa. Vianhaku siirtyy kellarista työpöydän ääreen.

Radiosuunnittelu

Minkä kantaman LoRa saavuttaa rakennuksissa?


Spreading factor

Suurempi spreading factor tuo kantamaa ja kestävyyttä, mutta pidentää lähetysaikaa ja kuluttaa siten enemmän sallitusta duty cyclestä. Kellarin mittarit päätyvät usein SF11:een tai SF12:een, näköyhteydellä olevat SF7:ään.

Rakenteelliset olosuhteet

Teräsbetoni, maa ja metalliset kaapin ovet vaimentavat signaalia enemmän kuin mikään etäisyyslukema antaa ymmärtää. 30 metrin päässä kellarissa oleva mittari on vaikeampi kuin 2 kilometrin päässä oleva, jolla on näköyhteys yhdyskäytävään.

Mittaa etukäteen

Testilaite suunnitellussa asennuspaikassa kertoo enemmän kuin mikään laskelma. Hajallaan olevissa kohteissa kannattaa kiertää mittaamassa ennen kuin yhdyskäytävät asennetaan pysyvästi.

Milloin se sopii

Milloin LoRa on oikea liitäntä?


Puolesta

  • Mittauspisteet ilman kaapelireittiä, esimerkiksi olemassa olevissa rakennuksissa
  • Hajallaan olevat kohteet yhteisellä yhdyskäytävällä
  • Jälkiasennukset, joissa kaapelia ei enää voi vetää
  • Vartti- tai tuntiarvot tavoitetarkkuutena
  • TTN-malli saatavilla, dekooderi julkisesti GitHubissa

Vastaan

  • Sekuntiarvot tai säätötehtävät – duty cycle sulkee ne pois
  • Suuret tietomäärät lukukertaa kohden
  • Taattu toimitus tiettyyn aikaan
  • Syvällä olevat mittauspisteet ilman radiotietä ulos
  • Asennukset, joissa on joka tapauksessa M-Bus tai Ethernet

Katso M-Bus · Katso TCP/IP

Asiakirjat

Ladattavat käyttöohjeet ja tietolehdet


Tämä sivu selittää periaatteen. Rekisteriluettelot, sähkeiden rakenne, liitinjärjestys ja kunkin mallin tarkat parametrit ovat liitäntäohjeessa.

PDFLoRa-liitännän käyttöohje1490 · payload-rakenne · englanti GITLoRa decoderemuag/professional_II_lora GITPayload generatorLähdekoodi GitHubissa WEBPayload-dekooderiToimii selaimessa WEBPayload generatorToimii selaimessa PDFProfessional II:n tietolehti1441 · englanti

Usein kysytyt kysymykset

Usein kysyttyä liitännästä


Mikä ero on LoRalla ja LoRaWANilla?

LoRa on radiotekniikka – hajaspektrimodulaatio, joka vaihtaa tiedonsiirtonopeuden kantamaan. LoRaWAN on sen päällä toimiva verkkoprotokolla, jossa on yhdyskäytävät, verkkopalvelin, salaus ja liittymismenettely. Käytännössä tarvitset molemmat.

Onko The Things Networkille valmista mallia?

Kyllä. TTN-verkossa EMU Professional II LoRa on saatavilla suoraan mallina. Luo laite, valitse malli, syötä avaimet – payload-dekooderi tulee mukana.

Miten integroin mittarin toiseen verkkopalvelimeen?

GitHubissa tarjoamamme dekooderin avulla. Lisäksi on payload-dekooderi ja payload-generaattori verkkotyökaluina: dekooderilla tarkistat vastaanotetun paketin, generaattorilla luot testipaketteja ketjun rakentamiseksi ennen ensimmäisen mittarin asennusta.

Kuinka usein LoRa-mittari lähettää?

Kiinteässä rytmissä, ei pyynnöstä. Tahti seuraa lisenssivapaan EU868-alueen duty cyclea, joka rajoittaa lähetysaikaa laitetta ja tuntia kohden. Siksi LoRa sopii vartti- ja tuntiarvoille, ei sekuntiarvoille tai säätötehtäviin.

Minkä kantaman saavutan?

Se riippuu paikasta, ei tietolehden luvusta. Teräsbetoni, maa ja metalliset kaapin ovet vaimentavat signaalia selvästi enemmän kuin etäisyys. 30 metrin päässä kellarissa oleva mittari voi olla vaikeampi kuin 2 kilometrin päässä näköyhteydellä oleva. Mittaus suunnitellussa asennuspaikassa voittaa minkä tahansa laskelman.

OTAA or ABP?

OTAA, liittyminen radion kautta DevEUI:lla, JoinEUI:lla ja AppKeyllä, on suositeltu tapa: istuntoavaimet neuvotellaan liityttäessä. ABP toimii kiinteästi ohjelmoiduilla avaimilla – helpompi ottaa käyttöön, mutta vähemmän turvallinen ja hankalampi mittaria vaihdettaessa.

Et ole varma, sopiiko LoRa?


Lähetä meille mittauspisteiden määrä, etäisyydet ja kohdejärjestelmä. Kerromme, mikä malli on järkevä – ja milloin toinen liitäntä olisi parempi valinta.

Puhelin
+41 (0)41 545 03 00

Tekninen tuki
helpdesk@emuag.ch

Tilaukset Sveitsi
orders@emuag.ch