Nastavení LoRaWAN v KETCube

Pro úspěšné připojení do sítě LoRaWAN musíte nakonfigurovat KETCube a zároveň provést příslušná nastavení sítě tak, aby se KETCube mohl do sítě připojit. Tento text pokrývá pouze nastavení zařízení KETCube, proces nastavení zařízení v síti se může lišit dle provozovatele sítě. Většina poskytovatelů však poskytuje podrobnou dokumentaci, podle které byste měli při nastavení zařízení v síti postupovat. Použitá terminologie vychází ze standardu LoRaWAN, můžete tedy postupovat dle tohoto návodu a termíny použít jako odkazy do uživatelské dokumentace vašeho poskytovatele sítě LoRaWAN.

Poznámka

Využíváte-li síť města Plzně nebo síť společnosti LORATECH, nastavte údaje na serveru podle manuálu (cs).

Využíváte-li síť The Things Network, postupujte podle návodu na webu TTN (en).

KETCube EDU je kompatibilní s protokolem LoRaWAN verze 1.0.3, i když specifické verze KETCube podporují LoRaWAN protokol verze 1.1.0, tento manuál se vztahuje ke KETCube EDU, a tedy k verzi 1.0.3.

Základní pojmy

ABP (Activation-By-Personalization)

Nejjednodušší metoda připojení k síti LoRaWAN. Zařízení se připojí do sítě na základě statické adresy (devAddr) a klíčů sezení - appSKey a nwkSKey - jež jsou trvale uloženy v zařízení.

AES (Advanced-Encryption-Standard)

Standardizovaný šifrovací algoritmus. V síti LoRa se pracuje se 128-bitovými AES klíči.

OTAA (Over-The-Air Activation)

Preferované metoda připojení k síti LoRaWAN. Zařízení se připojí do sítě na základě identifikátorů appEUI, devEUI a appKey a je mu dynamicky přiřazena síťová adresa nwkAddr a jsou vygenerovány šifrovací klíče pro samotné zabezpečení komunikace (appSKey a nwkSKey).

appEUI

Identifikátor aplikace o délce 64 bitů.

appKey

Aplikační klíč o délce 128 bitů. V případě použití metody OTAA slouží k autentizaci zařízení v síti a odvození relačních klíčů.

appSKey

Aplikační klíč relace o délce 128 bitů. Používá se pro šifrování přenášených aplikačních dat. V případě OTAA je odvozen od appKey, v případě ABP je jeho hodnota pro dané zařízení konstantní.

devAddr

Adresa zařízení v síti LoRaWAN o délce 32 bitů; prefix adresy zařízení je tvořen adresou sítě.

devClass

Třída zařízení: A, B nebo C. Třída zařízení definuje chování zařízení v síti: zařízení třídy A periodicky odesílá zprávy do sítě LoRaWAN a je připraveno přijímat zprávy ze sítě jen v definovaný okamžik - v tzv. okně (RX window). Zařízení třídy C je schopno pŕijímat zprávy ze sítě v kterýkoli okamžik, avšak za cenu vyšší spotřeby. Třída B definuje zařízení pracující synchronně a umožňuje zařízení přijímat zprávy v definované okamžiky - třída B je v KETCube EDU podporována pouze experimentálně.

devEUI

Jednoznačný identifikátor zařízení o délce 64 bitů, který je přiřazen výrobcem zařízení.

nwkSKey

Síťový klíč relace o délce 128 bitů. Používá se pro ověření integrity přenášených dat. V případě OTAA je odvozen od appKey, v případě ABP je jeho hodnota pro dané zařízení konstantní.

Kontrola aktuálního nastavení

Aktuální nastavení modulu LoRa v KETCube zjistíte pomocí terminálu: je-li modul LoRa povolen s nastavenou závažností (severity) na úrovni INFO, je po resetu KETCube vypsáno aktuální nastavení modulu - včetně všech důležitých parametrů:

Module severity level: INFO
LoRa :: LoRaWAN SPEC version: 1.0.3
LoRa :: Device class A
LoRa :: OTAA Mode enabled
LoRa :: devEUI=37-30-36-30-7B-39-84-06
LoRa :: appEUI=00-00-00-00-00-00-00-00
LoRa :: appKey=00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00
>>

Většinu z těchto parametrů lze změnit pomocí příkazu set a individuálně vypsat pomocí příkazu show, např.:

>> set LoRa appEUI 0011223344556677
...
>> show LoRa appEUI
...

Všimněte si, že dlouhá čísla - jako klíče a identifikátory se zadávají v hexadecimálním formátu.

LoRaWAN parametry musíte nastavit shodně na aplikačním serveru vaší LoRaWAN sítě a v zařízení KETCube. KETCube umožňuje modifikovat parametr devEUI, ale tento postup není doporučen pro běžné užití.

Pro většinu případů doporučujeme definovat zařízení jako zařízení třídy A (výchozí hodnota) a k síti se doporučujeme připojovat metodou OTAA (výchozí hodnota).

Použijete-li metodu OTAA, stačí na serveru nastavit devEUI vašeho zařízení a nastavit shodně parametry appEUI a appKey.

Poté, co provedete nastavení všech parametrů modulu LoRa a provedete nastavení na straně síťového aplikačního serveru můžete KETCube restartovat příkazem reload a vyčkat na připojení. Za předpokladu, že jste v dosahu vaší sítě a modul LoRa povolen s nastavenou závažností (severity) na úrovni INFO, uvidíte na terminálu KETCube - po úspěšném připojení k síti - obdobný výpis:

>>
LoRa :: Not joined
LoRa :: NetID: 0x916019
LoRa :: DevAddr: 0x3314FC05
LoRa :: Datarate: DR_0
LoRa :: CFList :: New Freq: 867100000 Hz
LoRa :: CFList :: New Freq: 867300000 Hz
LoRa :: CFList :: New Freq: 867500000 Hz
LoRa :: CFList :: New Freq: 867700000 Hz
LoRa :: CFList :: New Freq: 867900000 Hz
LoRa :: Joined
>>

...

LoRa :: Transmitting sensor data: SUCCESS
>>

Nejčastější problémy

Jednou za čas se nepodaří zprávu odeslat: na terminálu vidím chybové hlášení modulu LoRa.

Vidíte-li v KETCube terminálu podobný výpis:

LoRa :: Transmitting sensor data: ERROR

pak máte s velkou pravděpodobností špatně nastaven poměr mezi periodou měření - parametr core basePeriod - a tzv. data-rate - parametr LoRa txDatarate.

V síti LoRaWAN může zařízení vysílat na daném kanále maximálně 1% času. Modulace LoRa, která je v síti LoRaWAN použita umožňuje velmi spolehlivý přenos dat za cenu délky vysílání. To však znamená, že trvá-li vysílání např. 1 sekundu, na témže kanále může KETCube vysílat až za 99 sekund.

LoRaWAN však umožňuje nastavení parametrů vysílání a modulace tak, že se doba vysílání zkrátí - za cenu snížení spolehlivosti přenosu a tedy i dosahu. Obecně lze říci, že máte-li dobré pokrytí sítě LoRaWAN, můžete snížit dobu vysílání a vysílat častěji. Jste-li však velmi vzdáleni od nejbližšího vysílače (gateway), nebo je vaše zařízení umístěno v místech s nižší penetrací signálu (železobetonové budovy, sklepy, apod.), měli byste zvýšit periodu vysílání a použít spolehlivější přenos.

V případě dobrého pokrytí nastavte parametr txDatarate až na hodnotu 5, v případě velmi špatného pokrytí na hodnotu 0 (výchozí hodnota - nejspolehlivější přenos). Podle parametru txDatarate pak nastavte parametr basePeriod tak, abyste eliminovali neúspěšné pokusy o vysílání.

Příklad nastavení při nízké txDatarate:

>> set LoRa txDatarate 0
>> set core basePeriod 120000

Příklad nastavení při vysoké txDatarate:

>> set LoRa txDatarate 4
>> set core basePeriod 10000