Produkty/ EMU Professional II/ LoRa

Interfejs · EMU Professional II

LoRa w EMU Professional II: LoRaWAN, TTN i dekoder payload

Łączność radiowa w bezlicencyjnym paśmie EU868, zasięg zamiast prędkości transmisji, liczniki nadające samodzielnie. Ta strona wyjaśnia, jak LoRa i LoRaWAN się łączą, dlaczego duty cycle wyznacza rytm i jak szablon TTN oraz nasz dekoder dają czytelne wartości bez własnego programowania.

Zasada działania

Jak działa LoRa?


Dwa pojęcia są ciągle mylone. LoRa to technika radiowa – modulacja z widmem rozproszonym, która rozprasza wąski sygnał tak szeroko, że jest on wykrywany nawet poniżej poziomu szumów. Daje to zasięg kosztem przepustowości. LoRaWAN to protokół sieciowy nad nią: bramki, serwer sieciowy, szyfrowanie, procedura dołączania.

Logika jest inna niż w M-Bus czy Modbus: żaden master nie odpytuje licznika. Licznik sam w stałym rytmie wysyła mały pakiet, a bramka w zasięgu radiowym go odbiera i przekazuje do serwera sieciowego. Po każdej transmisji urządzenie na krótko otwiera dwa okna odbiorcze – to klasa A, najbardziej energooszczędny tryb pracy.

W Europie odbywa się to w bezlicencyjnym paśmie EU868. Bezlicencyjne nie znaczy bez zasad: obowiązuje limit duty cycle ograniczający czas nadawania na urządzenie i godzinę. Dlatego LoRa jest stworzona do wartości kwadransowych lub godzinowych, a nie sekundowych.

Pojęcia

LoRa

Technika radiowa. Modulacja z widmem rozproszonym, zasięg kosztem przepustowości.

LoRaWAN

Protokół sieciowy: bramki, serwer sieciowy, klucze, dołączanie.

Spreading factor

SF7 do SF12. Wyższy oznacza dalej i odporniej, ale wolniej i z dłuższym czasem nadawania.

Duty cycle

Ustawowe ograniczenie czasu nadawania na urządzenie w paśmie bezlicencyjnym.

klasa A

Urządzenie nadaje, potem dwa krótkie okna odbioru. Najoszczędniejszy tryb.

OTAA

Dołączanie drogą radiową z DevEUI, JoinEUI i AppKey. Zalecana droga.

ABP

Na stałe zaprogramowane klucze sesji. Prostsze, ale mniej bezpieczne.

Payload

Dane użytkowe pakietu – zwarto upakowane bajty, nie czytelny tekst.

Ścieżka danych

Jak wartości pomiarowe z licznika LoRa bezpiecznie trafiają do systemu docelowego?


Z własnym serwerem sieciowym lub bezpośrednio w Joulio-Web: licznik dołącza przez OTAA, a wszystkie wartości są szyfrowane end-to-end. Dotyczy to zarówno EMU Professional II LoRa, jak i liczników Helvatron H2O i DELTA III. Bramki jedynie przekazują dane.

Przypadek 1: zewnętrzny serwer sieciowy z API

Radio EU868BackhaulAPIDuplikat odrzuconyProfessional II LoRaPrąd · EMUHelvatron H2OWodaHelvatron DELTA IIICiepłoBramka 1Modem SIM (LTE)Bramka 2LANSerwer sieciowyLNS + serwer joinDekoder payloadSCADA / BMSRozliczeniaChmura / BIW licznikuDevEUIJoinEUIAppKeyDevAddrNwkSKeyAppSKeyKlucze sesji po dołączeniuW bramkachbrak kluczytylko przekazują pakietyW serwerze sieciowymDevEUIJoinEUIAppKeyDevAddrNwkSKeyAppSKeyKlucze sesji po dołączeniu
  1. Klucze zapisaneKażdy licznik zna swój DevEUI, JoinEUI i tajny AppKey. Te same trzy wartości są zapisane w serwerze sieciowym. AppKey nigdy nie jest przesyłany drogą radiową.
  2. Join RequestLicznik zgłasza się z DevEUI, JoinEUI i liczbą losową. Wiadomość jest podpisana kluczem AppKey. Odbiera ją każda bramka w zasięgu, tutaj obie.
  3. Przekazywanie przez LTE i LANBramka 1 wysyła dane przez wbudowany modem SIM, bramka 2 przez LAN. Bramki niczego nie otwierają. Serwer sieciowy rozpoznaje pakiet odebrany dwukrotnie i odrzuca duplikat.
  4. Join AcceptSerwer sieciowy sprawdza podpis, nadaje adres sieciowy (DevAddr) i odpowiada, szyfrując kluczem AppKey, przez bramkę z najlepszym odbiorem.
  5. Klucze sesjiLicznik i serwer sieciowy niezależnie obliczają te same klucze sesji: NwkSKey dla integralności, AppSKey dla wartości pomiarowych. Żaden z nich nie jest przesyłany.
  6. Wysyłanie wartościLiczniki prądu, wody i ciepła wysyłają wartości w stałym rytmie, zaszyfrowane kluczem AppSKey. Bramki nie mogą odczytać treści.
  7. Sprawdzenie i dekodowanieSerwer sieciowy sprawdza podpis, odrzuca duplikaty, odszyfrowuje kluczem AppSKey i za pomocą dekodera payload zamienia bajty na kWh, m³ i ilość ciepła.
  8. Przekazanie przez APIZdekodowane wartości trafiają przez API serwera sieciowego, np. REST, webhook lub MQTT, do systemu nadrzędnego, rozliczeń lub chmury.

Przypadek 2: Joulio-Web ze zintegrowanym serwerem sieciowym

Radio EU868BackhaulWykorzystanieDuplikat odrzuconyProfessional II LoRaPrąd · EMUHelvatron H2OWodaHelvatron DELTA IIICiepłoBramka 1Modem SIM (LTE)Bramka 2LANJoulio-Webzintegrowany LNSDekoder + analizaPulpityRozliczeniaAPI (opcja)W licznikuDevEUIJoinEUIAppKeyDevAddrNwkSKeyAppSKeyKlucze sesji po dołączeniuW bramkachbrak kluczytylko przekazują pakietyW Joulio-WebDevEUIJoinEUIAppKeyDevAddrNwkSKeyAppSKeyKlucze sesji po dołączeniu
  1. Klucze zapisaneKażdy licznik zna swój DevEUI, JoinEUI i tajny AppKey. Te same trzy wartości są zapisane w Joulio-Web. AppKey nigdy nie jest przesyłany drogą radiową.
  2. Join RequestLicznik zgłasza się z DevEUI, JoinEUI i liczbą losową. Wiadomość jest podpisana kluczem AppKey. Odbiera ją każda bramka w zasięgu, tutaj obie.
  3. Przekazywanie przez LTE i LANBramka 1 wysyła dane przez wbudowany modem SIM, bramka 2 przez LAN. Bramki niczego nie otwierają. Joulio-Web rozpoznaje pakiet odebrany dwukrotnie i odrzuca duplikat.
  4. Join AcceptJoulio-Web sprawdza podpis, nadaje adres sieciowy (DevAddr) i odpowiada, szyfrując kluczem AppKey, przez bramkę z najlepszym odbiorem.
  5. Klucze sesjiLicznik i Joulio-Web niezależnie obliczają te same klucze sesji: NwkSKey dla integralności, AppSKey dla wartości pomiarowych. Żaden z nich nie jest przesyłany.
  6. Wysyłanie wartościLiczniki prądu, wody i ciepła wysyłają wartości w stałym rytmie, zaszyfrowane kluczem AppSKey. Bramki nie mogą odczytać treści.
  7. Sprawdzenie i dekodowanieJoulio-Web sprawdza podpis, odrzuca duplikaty, odszyfrowuje kluczem AppSKey i za pomocą dekodera payload zamienia bajty na kWh, m³ i ilość ciepła.
  8. Bezpośrednio w Joulio-WebJoulio-Web sam zarządza kluczami i wykorzystuje wartości bezpośrednio do pulpitów, profilu obciążenia i rozliczania kosztów eksploatacji. Systemy innych firm mogą Państwo podłączyć przez API Joulio-Web.

Integracja

Jak zdekodować payload LoRa licznika energii?


To, co dociera do serwera sieciowego, to najpierw krótki blok bajtów. Aby zrobić z niego „energia czynna pobrana, taryfa 1, 128 431 kWh”, potrzebny jest dekoder payload: krótki fragment kodu, który rozkłada bajty według struktury payload urządzenia.

Właśnie tu projekty LoRa najczęściej się wywracają – nie na łączu radiowym, lecz dlatego, że dekoder napisano ręcznie i nigdy go nie udokumentowano. Dlatego dostarczamy go gotowego.

The Things Network

W sieci TTN EMU Professional II LoRa jest dostępny bezpośrednio jako szablon. Wystarczy założyć urządzenie, wybrać szablon i wpisać klucze – dekoder jest w zestawie. W najczęstszym przypadku temat jest tym samym całkowicie załatwiony.

Inne serwery sieciowe

Do integracji z innymi systemami dekoder jest na GitHub. Dołączone są dwa narzędzia działające bezpośrednio w przeglądarce: dekoder payload do sprawdzania odebranego pakietu oraz generator payload do tworzenia pakietów testowych, zanim zostanie zamontowany pierwszy licznik. Oba oszczędzają szukania błędów na miejscu.

Testuj przed montażem

Generatorem payload można zbudować i sprawdzić cały łańcuch od serwera sieciowego do systemu docelowego, zanim w szachcie zawiśnie pierwszy licznik. Szukanie błędów przenosi się z piwnicy na biurko.

Planowanie radiowe

Jaki zasięg osiąga LoRa w budynkach?


Spreading factor

Wyższy spreading factor daje zasięg i odporność, ale wydłuża czas nadawania i tym samym zużywa więcej dozwolonego duty cycle. Liczniki w piwnicy często kończą na SF11 lub SF12, liczniki w zasięgu wzroku na SF7.

Sytuacja budowlana

Żelbet, ziemia i metalowe drzwi szaf kosztują więcej poziomu sygnału, niż sugeruje jakakolwiek odległość. Licznik 30 m dalej w piwnicy jest trudniejszy niż taki 2 km dalej z widokiem na bramkę.

Zmierz wcześniej

Urządzenie testowe w planowanym miejscu montażu mówi więcej niż jakiekolwiek obliczenie. Przy rozproszonych obiektach opłaca się obchód z pomiarami, zanim bramki zostaną zamontowane na stałe.

Kiedy pasuje

Kiedy LoRa jest właściwym interfejsem?


Za

  • Punkty pomiarowe bez trasy kablowej, np. w istniejących budynkach
  • Rozproszone obiekty z jedną wspólną bramką
  • Doposażenie tam, gdzie nie da się już poprowadzić kabla
  • Wartości kwadransowe lub godzinowe jako docelowa rozdzielczość
  • Szablon TTN dostępny, dekoder publicznie na GitHub

Przeciw

  • Wartości sekundowe lub zadania regulacyjne – duty cycle to wyklucza
  • Duże ilości danych na odczyt
  • Gwarantowane dostarczenie w ustalonym momencie
  • Głęboko położone punkty pomiarowe bez drogi radiowej na zewnątrz
  • Instalacje, w których i tak jest M-Bus lub Ethernet

Zobacz M-Bus · Zobacz TCP/IP

Dokumenty

Instrukcje i karty katalogowe do pobrania


Ta strona wyjaśnia zasadę działania. Listy rejestrów, struktura telegramów, przypisanie zacisków i dokładne parametry każdej wersji znajdują się w instrukcji interfejsu.

PDFInstrukcja interfejsu LoRa1490 · struktura payload · angielski GITLoRa decoderemuag/professional_II_lora GITPayload generatorKod źródłowy na GitHub WEBDekoder payloadDziała w przeglądarce WEBPayload generatorDziała w przeglądarce PDFKarta katalogowa Professional II1441 · angielski

Najczęściej zadawane pytania

Najczęściej zadawane pytania o interfejs


Jaka jest różnica między LoRa a LoRaWAN?

LoRa to technika radiowa – modulacja z widmem rozproszonym, która zamienia przepustowość na zasięg. LoRaWAN to protokół sieciowy nad nią, z bramkami, serwerem sieciowym, szyfrowaniem i procedurą dołączania. W praktyce potrzebne są oba.

Czy jest gotowy szablon dla The Things Network?

Tak. W sieci TTN EMU Professional II LoRa jest dostępny bezpośrednio jako szablon. Wystarczy założyć urządzenie, wybrać szablon i wpisać klucze – dekoder payload jest w zestawie.

Jak zintegrować licznik z innym serwerem sieciowym?

Przez dekoder, który udostępniamy na GitHub. Dodatkowo są dekoder i generator payload jako narzędzia WWW: dekoderem sprawdza się odebrany pakiet, generatorem tworzy się pakiety testowe, by zbudować łańcuch, zanim zostanie zamontowany pierwszy licznik.

Jak często nadaje licznik LoRa?

W stałym rytmie, nie na żądanie. Takt wynika z duty cycle w bezlicencyjnym paśmie EU868, który ogranicza czas nadawania na urządzenie i godzinę. LoRa nadaje się więc do wartości kwadransowych i godzinowych, a nie sekundowych czy zadań regulacyjnych.

Jaki zasięg osiągnę?

To zależy od lokalizacji, a nie od liczby w karcie katalogowej. Żelbet, ziemia i metalowe drzwi szaf kosztują znacznie więcej poziomu sygnału niż odległość. Licznik 30 m dalej w piwnicy może być trudniejszy niż taki 2 km dalej w zasięgu wzroku. Pomiar w planowanym miejscu montażu bije każde obliczenie.

OTAA or ABP?

OTAA, dołączanie drogą radiową z DevEUI, JoinEUI i AppKey, to zalecana droga: klucze sesji są negocjowane przy dołączaniu. ABP działa ze stałymi kluczami – prostsze w konfiguracji, ale mniej bezpieczne i bardziej kłopotliwe przy wymianie licznika.

Nie są Państwo pewni, czy LoRa pasuje?


Prosimy o przesłanie liczby punktów pomiarowych, odległości i systemu docelowego. Powiemy, która wersja ma sens – i kiedy inny interfejs będzie lepszy.

Telefon
+41 (0)41 545 03 00

Wsparcie techniczne
helpdesk@emuag.ch

Zamówienia Szwajcaria
orders@emuag.ch