Wiedza/Interfejsy wyjaśnione/LoRa i LoRaWAN

Interfejsy wyjaśnioneLoRaWAN

Czym jest LoRaWAN? LoRa i LoRaWAN dla liczników wyjaśnione

LoRaWAN to sieć radiowa dla małych ilości danych na duże odległości. Liczniki wysyłają swoje wartości w stałych odstępach do bramki, kabel do licznika nie jest potrzebny. LoRa to technika radiowa pod spodem, LoRaWAN to protokół sieciowy nad nią.

Najważniejsze w skrócie

  • LoRa to modulacja radiowa z widmem rozproszonym typu chirp: duży zasięg, mała przepływność.
  • LoRaWAN to protokół sieciowy LoRa Alliance z bramkami, serwerem sieciowym i szyfrowaniem.
  • W Europie LoRaWAN nadaje bez licencji w paśmie 863–870 MHz, z ograniczonym czasem nadawania (duty cycle).
  • Urządzenia rejestrują się w sieci przez OTAA za pomocą DevEUI, JoinEUI i AppKey.
  • Nadaje się do wartości kwadransowych lub godzinowych, nie do wartości sekundowych.

Na tej stronie

Jaka jest różnica między LoRa a LoRaWAN?

LoRa to technika radiowa: modulacja, która rozprasza wąski sygnał tak szeroko, że jest wykrywany nawet poniżej poziomu szumu. Daje to zasięg kosztem przepływności. LoRaWAN to protokół sieciowy nad nią. Określa, jak urządzenia rejestrują się w sieci, jak dane są szyfrowane i jak trafiają z bramki do serwera sieciowego. Więcej w artykule LoRa czy LoRaWAN?.

Jak zbudowana jest sieć LoRaWAN?

  1. Urządzenie końcowe: licznik lub czujnik. Wysyła dane drogą radiową, nie będąc przypisanym do określonej bramki.
  2. Bramka: odbiera wszystkie pakiety LoRa w zasięgu i przekazuje je przez Ethernet lub sieć komórkową do serwera sieciowego.
  3. Serwer sieciowy: sprawdza pakiety, usuwa odebrane podwójnie i zarządza urządzeniami oraz kluczami. Przykłady to The Things Network i ChirpStack.
  4. Serwer aplikacji: odszyfrowuje dane użytkowe i przekazuje je do Państwa systemu przez MQTT, HTTP lub API.

Dane użytkowe są szyfrowane dwukrotnie algorytmem AES-128: raz dla sieci i raz od końca do końca dla aplikacji. Bramka nie widzi treści.

Jak urządzenie rejestruje się w sieci: OTAA czy ABP?

W OTAA (Over-the-Air Activation) urządzenie wysyła żądanie dołączenia z DevEUI i JoinEUI. Serwer sieciowy sprawdza je za pomocą AppKey i nadaje nowe klucze sesji. W ABP (Activation by Personalization) klucze sesji są na stałe zapisane w urządzeniu. OTAA jest bezpieczniejsze i jest typową drogą.

Co oznaczają klasy A, B i C?

KlasaOdbiórPobór energiiTypowe zastosowanie
Apo każdym nadawaniu dwa krótkie okna odbiorczebardzo niskiczujniki zasilane bateryjnie, wodomierze
Bdodatkowe okna odbiorcze według harmonogramuniskiurządzenia otrzymujące polecenia o stałych porach
Codbiór otwarty prawie bez przerwywyższyurządzenia zasilane z sieci, takie jak liczniki energii

Jaki zasięg ma LoRaWAN?

Na zewnątrz typowe jest kilka kilometrów, na terenach wiejskich przy otwartej widoczności znacznie więcej. W budynkach zasięg jest mniejszy: stropy betonowe, metalowe drzwi i szafy licznikowe mocno tłumią sygnał, a piwnice są często najtrudniejsze. Bramka w budynku lub antena zewnętrzna przy liczniku zwykle rozwiązują problem.

Jak daleko dotrze pakiet, zależy też od współczynnika rozpraszania, od SF7 do SF12. Wyższy współczynnik sięga dalej, ale transmisja trwa dłużej i zużywa więcej ograniczonego czasu nadawania. Dzięki ADR (Adaptive Data Rate) serwer sieciowy wybiera dla każdego urządzenia najmniejszy współczynnik, który jeszcze niezawodnie dociera.

Dlaczego LoRaWAN nie dostarcza wartości sekundowych?

W paśmie EU868 urządzenie może nadawać w większości podpasm najwyżej przez 1 % czasu. Przy wysokim współczynniku rozpraszania pojedynczy pakiet może trwać ponad sekundę, a przerwa po nim jest odpowiednio długa. Dla liczników to nie wada: jedna wartość co 15 minut wystarcza do rozliczeń i profilu obciążenia.

Pakiet LoRaWAN ma przy tym tylko kilkadziesiąt bajtów i jest zakodowany binarnie. Aby z bajtów powstały stany liczników, serwer sieciowy lub serwer aplikacji potrzebuje dekodera dla danego urządzenia. Jak to zrobić, pokazuje artykuł Dekodowanie payloadu LoRa.

LoRaWAN z urządzeniami EMU

Licznik energii EMU Professional II z LoRa działa zgodnie z LoRaWAN 1.0.3 w klasie C, domyślnie rejestruje się przez OTAA i co 15 minut wysyła pobór i oddawanie energii dla każdej taryfy. Jest dostępny z anteną wewnętrzną lub dodatkowo ze złączem SMA dla anteny zewnętrznej.

Dla The Things Network jest szablon urządzenia, a dekoder udostępniamy na GitHubie. Instrukcja znajduje się w EMU Professional II LoRa w The Things Network. Kto nie chce prowadzić własnego serwera sieciowego, odbiera wartości bezpośrednio w Joulio-Web ze zintegrowanym serwerem sieciowym.

Najczęstsze pytania


Czy LoRa to to samo co LoRaWAN?

Nie. LoRa to technika radiowa, LoRaWAN to protokół sieciowy z bramkami, serwerem sieciowym i szyfrowaniem, który opiera się na LoRa.

Czy potrzebuję własnej bramki?

Niekoniecznie. Tam, gdzie zasięg ma sieć publiczna, taka jak The Things Network, lub sieć operatora, to wystarczy. Dla liczników w piwnicy lub gdy dostępność musi być zagwarantowana, własna bramka w budynku jest zwykle lepszym wyborem.

Czy LoRaWAN jest szyfrowany?

Tak. Dane użytkowe są szyfrowane algorytmem AES-128, oddzielnie dla sieci i dla aplikacji. Bramka i operator sieci nie widzą wartości pomiarowych.

Jak często licznik LoRaWAN może nadawać?

Ogranicza to duty cycle i współczynnik rozpraszania. Typowe są odstępy od 15 minut do godziny. EMU Professional II nadaje domyślnie co 15 minut.

Jaka jest różnica między LoRaWAN a Wireless M-Bus?

Oba nadają na 868 MHz, ale nie są ze sobą zgodne. Wireless M-Bus służy do odczytu liczników na krótkich dystansach, na przykład przez koncentratory w budynku. LoRaWAN to sieć z bramkami i serwerem sieciowym, która pokonuje większe odległości i dostarcza dane bezpośrednio do systemu docelowego.

Czytaj dalej


SEITELicznik energii z LoRaEMU Professional II z LoRaWAN SEITEThe Things NetworkIntegracja EMU Professional II LoRa SEITELoRa czy LoRaWAN?Oba pojęcia wyraźnie rozdzielone SEITEInterfejsy wyjaśnionePorównanie wszystkich pięciu interfejsów

Odczyt liczników drogą radiową?


Prosimy przesłać nam liczbę liczników, ich położenie w budynku i system docelowy. Powiemy, czy LoRaWAN pasuje i czego do tego potrzeba.

Telefon
+41 (0)41 545 03 00

Wsparcie techniczne
helpdesk [at] emuag.ch
Formularz wsparcia →