Produkter/ EMU Professional II/ LoRa

Grænseflade · EMU Professional II

LoRa på EMU Professional II: LoRaWAN, TTN og payload-decoder

Radio i det licensfri EU868-bånd, rækkevidde frem for datahastighed, målere der sender af sig selv. Denne side forklarer, hvordan LoRa og LoRaWAN hænger sammen, hvorfor duty cycle bestemmer takten, og hvordan TTN-skabelonen og vores decoder giver dig læsbare værdier uden egen programmering.

Princippet

Hvordan fungerer LoRa?


To begreber blandes konstant sammen. LoRa er radioteknikken – en spread spectrum-modulation, der spreder et smalt signal så bredt ud, at det stadig genkendes under støjniveauet. Det giver rækkevidde på bekostning af datahastighed. LoRaWAN er netværksprotokollen ovenpå: gateways, netværksserver, kryptering, tilmeldingsprocedure.

Logikken er en anden end ved M-Bus eller Modbus: ingen master spørger måleren. Måleren sender af sig selv en lille pakke i fast rytme, og en gateway inden for radiorækkevidde opfanger den og videresender den til netværksserveren. Efter hver udsendelse åbner enheden kortvarigt to modtagevinduer – det er klasse A, den mest strømbesparende driftsform.

I Europa foregår det i det licensfri EU868-bånd. Licensfrit betyder ikke regelfrit: Der gælder en duty cycle-begrænsning, som begrænser sendetiden pr. enhed og time. Derfor er LoRa lavet til kvarters- eller timeværdier og ikke til sekundværdier.

Begreber

LoRa

Radioteknikken. Spread spectrum-modulation, rækkevidde på bekostning af datahastighed.

LoRaWAN

Netværksprotokollen: gateways, netværksserver, nøgler, tilmelding.

Spreading factor

SF7 til SF12. Højere betyder længere og mere robust, men langsommere og med mere sendetid.

Duty cycle

Lovbestemt begrænsning af sendetiden pr. enhed i det licensfri bånd.

klasse A

Enheden sender, derefter to korte modtagevinduer. Den mest strømbesparende tilstand.

OTAA

Tilmelding over radio med DevEUI, JoinEUI og AppKey. Den anbefalede vej.

ABP

Fast programmerede sessionsnøgler. Enklere, men mindre sikkert.

Payload

Pakkens nyttedata – kompakt pakkede bytes, ikke læsbar tekst.

Datavej

Hvordan når måleværdierne fra en LoRa-måler sikkert frem til målsystemet?


Med egen netværksserver eller direkte i Joulio-Web: Måleren tilmelder sig via OTAA, og alle måleværdier er krypteret fra ende til ende. Det gælder både EMU Professional II LoRa og Helvatron-målerne H2O og DELTA III. Gateways videresender kun.

Use case 1: ekstern netværksserver med API

Radio EU868BackhaulAPIDublet kasseretProfessional II LoRaStrøm · EMUHelvatron H2OVandHelvatron DELTA IIIVarmeGateway 1SIM-modem (LTE)Gateway 2LANNetværksserverLNS + join-serverPayload-dekoderCTS-anlægAfregningCloud / BII målerenDevEUIJoinEUIAppKeyDevAddrNwkSKeyAppSKeySessionsnøgler følger efter joinI gatewaysingen nøglervideresender kun pakkerI netværksserverenDevEUIJoinEUIAppKeyDevAddrNwkSKeyAppSKeySessionsnøgler følger efter join
  1. Nøgler på pladsHver måler kender sin DevEUI, JoinEUI og den hemmelige AppKey. De samme tre værdier er registreret i netværksserveren. AppKey sendes aldrig via radio.
  2. Join requestMåleren tilmelder sig med DevEUI, JoinEUI og et tilfældigt tal. Meddelelsen er signeret med AppKey. Alle gateways inden for rækkevidde modtager den, her begge.
  3. Videresendelse via LTE og LANGateway 1 sender via sit indbyggede SIM-modem, gateway 2 via LAN. Gateways åbner intet. Netværksserveren genkender pakken, der er modtaget to gange, og kasserer dubletten.
  4. Join acceptNetværksserveren kontrollerer signaturen, tildeler en netværksadresse (DevAddr) og svarer, krypteret med AppKey, via den gateway med bedst modtagelse.
  5. SessionsnøglerMåleren og netværksserveren beregner hver for sig de samme sessionsnøgler: NwkSKey til integritet, AppSKey til måleværdierne. Ingen af dem overføres.
  6. Afsendelse af måleværdierEl-, vand- og varmemålerne sender deres værdier med fast interval, krypteret med AppSKey. Gateways kan ikke læse indholdet.
  7. Kontrol og dekodningNetværksserveren kontrollerer signaturen, kasserer dubletter, dekrypterer med AppSKey og omsætter bytes til kWh, m³ og varmemængde med payload-dekoderen.
  8. Videregivelse via APIDe dekodede værdier sendes via netværksserverens API, f.eks. REST, webhook eller MQTT, til CTS-anlæg, afregning eller cloud.

Use case 2: Joulio-Web med integreret netværksserver

Radio EU868BackhaulBrugDublet kasseretProfessional II LoRaStrøm · EMUHelvatron H2OVandHelvatron DELTA IIIVarmeGateway 1SIM-modem (LTE)Gateway 2LANJoulio-Webintegreret LNSDekoder + analyseDashboardsAfregningAPI (valgfri)I målerenDevEUIJoinEUIAppKeyDevAddrNwkSKeyAppSKeySessionsnøgler følger efter joinI gatewaysingen nøglervideresender kun pakkerI Joulio-WebDevEUIJoinEUIAppKeyDevAddrNwkSKeyAppSKeySessionsnøgler følger efter join
  1. Nøgler på pladsHver måler kender sin DevEUI, JoinEUI og den hemmelige AppKey. De samme tre værdier er registreret i Joulio-Web. AppKey sendes aldrig via radio.
  2. Join requestMåleren tilmelder sig med DevEUI, JoinEUI og et tilfældigt tal. Meddelelsen er signeret med AppKey. Alle gateways inden for rækkevidde modtager den, her begge.
  3. Videresendelse via LTE og LANGateway 1 sender via sit indbyggede SIM-modem, gateway 2 via LAN. Gateways åbner intet. Joulio-Web genkender pakken, der er modtaget to gange, og kasserer dubletten.
  4. Join acceptJoulio-Web kontrollerer signaturen, tildeler en netværksadresse (DevAddr) og svarer, krypteret med AppKey, via den gateway med bedst modtagelse.
  5. SessionsnøglerMåleren og Joulio-Web beregner hver for sig de samme sessionsnøgler: NwkSKey til integritet, AppSKey til måleværdierne. Ingen af dem overføres.
  6. Afsendelse af måleværdierEl-, vand- og varmemålerne sender deres værdier med fast interval, krypteret med AppSKey. Gateways kan ikke læse indholdet.
  7. Kontrol og dekodningJoulio-Web kontrollerer signaturen, kasserer dubletter, dekrypterer med AppSKey og omsætter bytes til kWh, m³ og varmemængde med payload-dekoderen.
  8. Direkte i Joulio-WebJoulio-Web har selv nøglerne og bruger værdierne direkte til dashboards, belastningsprofil og driftsomkostningsafregning. Tredjepartssystemer tilsluttes via Joulio-Webs API.

Integration

Hvordan afkoder jeg LoRa-payloaden fra en strømmåler?


Det, der når frem til netværksserveren, er først en kort blok bytes. For at gøre det til „aktiv energi forbrug, tarif 1, 128.431 kWh” skal du bruge en payload-decoder: et lille stykke kode, der skiller bytene ad efter enhedens payloadstruktur.

Netop her fejler LoRa-projekter oftest – ikke på radioforbindelsen, men fordi decoderen blev skrevet i hånden og aldrig dokumenteret. Derfor leverer vi den færdig.

The Things Network

I TTN-netværket er EMU Professional II LoRa direkte tilgængelig som skabelon. Opret enheden, vælg skabelonen, indtast nøglerne – decoderen følger med. I det mest almindelige tilfælde er sagen dermed helt klaret.

Andre netværksservere

Til integration i andre systemer ligger decoderen på GitHub. Med følger to værktøjer, der kører direkte i browseren: en payload-decoder til at kontrollere en modtaget pakke og en payload-generator til at lave testpakker, før den første måler er monteret. Begge sparer fejlsøgning på stedet.

Test før montage

Med payload-generatoren kan hele kæden fra netværksserver til målsystem bygges og kontrolleres, før der hænger en eneste måler i skakten. Det flytter fejlsøgningen fra kælderen til skrivebordet.

Radioplanlægning

Hvilken rækkevidde opnår LoRa i bygninger?


Spreading factor

En højere spreading factor giver rækkevidde og robusthed, men forlænger sendetiden og bruger dermed mere af den tilladte duty cycle. Målere i kælderen ender ofte på SF11 eller SF12, målere med fri sigt på SF7.

Bygningsmæssige forhold

Armeret beton, jord og metallåger koster mere signalniveau, end nogen afstandsangivelse antyder. En måler 30 m væk i kælderen er sværere end en 2 km væk med fri sigt til gatewayen.

Mål først

En testenhed på det planlagte monteringssted siger mere end enhver beregning. Ved spredte ejendomme betaler en rundgang med målinger sig, før gateways monteres permanent.

Hvornår det passer

Hvornår er LoRa den rigtige grænseflade?


For

  • Målepunkter uden kabelføring, f.eks. i eksisterende bygninger
  • Spredte ejendomme med én fælles gateway
  • Eftermonteringer, hvor der ikke kan trækkes kabel
  • Kvarters- eller timeværdier som målopløsning
  • TTN-skabelon tilgængelig, decoder offentlig på GitHub

Imod

  • Sekundværdier eller reguleringsopgaver – duty cycle udelukker det
  • Store datamængder pr. aflæsning
  • Garanteret levering på et fast tidspunkt
  • Dybt placerede målepunkter uden radiovej udenfor
  • Anlæg, hvor der alligevel findes M-Bus eller Ethernet

Se M-Bus · Se TCP/IP

Dokumenter

Manualer og datablade til download


Denne side forklarer princippet. Registerlister, telegramopbygning, klembesætning og de nøjagtige parametre for hver variant står i grænseflademanualen.

PDFManual til LoRa-grænseflade1490 · payloadstruktur · engelsk GITLoRa decoderemuag/professional_II_lora GITPayload generatorKildekode på GitHub WEBPayload-dekoderKører i browseren WEBPayload generatorKører i browseren PDFDatablad Professional II1441 · engelsk

Ofte stillede spørgsmål

Ofte stillede spørgsmål om grænsefladen


Hvad er forskellen på LoRa og LoRaWAN?

LoRa er radioteknikken – en spread spectrum-modulation, der bytter datahastighed for rækkevidde. LoRaWAN er netværksprotokollen ovenpå med gateways, netværksserver, kryptering og tilmeldingsprocedure. I praksis har du brug for begge.

Findes der en færdig skabelon til The Things Network?

Ja. I TTN-netværket er EMU Professional II LoRa direkte tilgængelig som skabelon. Opret enheden, vælg skabelonen, indtast nøglerne – payload-decoderen følger med.

Hvordan integrerer jeg måleren i en anden netværksserver?

Via den decoder, vi stiller til rådighed på GitHub. Desuden findes en payload-decoder og en payload-generator som webværktøjer: Med decoderen kontrollerer du en modtaget pakke, med generatoren laver du testpakker for at bygge kæden, før den første måler er monteret.

Hvor ofte sender en LoRa-måler?

I fast rytme, ikke på forespørgsel. Takten følger duty cycle i det licensfri EU868-bånd, som begrænser sendetiden pr. enhed og time. Derfor egner LoRa sig til kvarters- og timeværdier, ikke til sekundværdier eller reguleringsopgaver.

Hvilken rækkevidde opnår jeg?

Det afhænger af placeringen, ikke af et tal i et datablad. Armeret beton, jord og metallåger koster langt mere signalniveau end afstand. En måler 30 m væk i kælderen kan være sværere end en 2 km væk med fri sigt. En måling på det planlagte monteringssted slår enhver beregning.

OTAA or ABP?

OTAA, tilmelding via radio med DevEUI, JoinEUI og AppKey, er den anbefalede vej: Sessionsnøglerne forhandles ved tilmeldingen. ABP arbejder med fast programmerede nøgler – enklere at opsætte, men mindre sikkert og mere besværligt ved udskiftning af en måler.

Usikker på, om LoRa passer?


Send os antallet af målepunkter, afstandene og målsystemet. Vi fortæller dig, hvilken variant der giver mening – og hvornår en anden grænseflade er det bedre valg.

Telefon
+41 (0)41 545 03 00

Teknisk support
helpdesk@emuag.ch

Ordrer Schweiz
orders@emuag.ch