IoT over LoRaWAN/Sigfox

Podporované typy a verzie zariadení 
Konfigurácia komunikačnej linky
Parametre protokolu linky
Konfigurácia komunikačnej stanice
Parametre protokolu stanice
Konfigurácia meraných bodov
Literatúra
Revízie dokumentu

Podporované typy a verzie zariadení

Protokol umožňuje komunikáciu so zariadeniami komunikujúcimi pomocou protokolov LoRaWAN a Sigfox.

Protokol LoRaWAN je protokol určený na občasný, energeticky efektívny bezdrôtový prenos malého množstva dát nazývaných payload (typicky niekoľko bajtov) na dlhé vzdialenosti medzi prepojenými objektami - v terminológii LoRaWAN nazývanými mote (typicky senzory napájané batériou) a LoRaWAN gatewayom.
Gateway následne môže komunikovať priamo s D2000 KOM procesom alebo posielať payload na sieťové servery resp. do cloudu, kde sa vykoná spracovanie údajov (deduplikácia, filtrácia) a následne sú údaje poslané procesu D2000 KOM. V každom prípade je payload zabalený do obálky (napr. ako pole v JSON správe alebo v CSV súbore) a prenesený až do procesu D2000 KOM. Tam je payload dekódovaný (používa sa napr. Base64 kódovanie alebo Base64 + Base16 kódovanie) a spracovaný.
Spracovanie payloadu je závislé od typu zariadenia (definovaného v parametri protokolu Device Type).

Komunikácia bola testovaná medzi senzormi a LoRaWAN gatewayom Kerlink IoT Station 868. Ten v závislosti od inštalovaného firmware:

• posielal údaje priamo D2000 KOM procesu (JSON správy v UDP packetoch)
• posielal údaje do cloudu TheThings.Network, odkiaľ ich D2000 KOM proces čítal (JSON správy v MQTT protokole cez TCP spojenie)
• posielal údaje do cloudu Loriot.io, ktorý ich preposielal protokolom MQTT do iot.eclipse.org, odkiaľ ich D2000 KOM proces čítal (JSON správy v MQTT protokole cez TCP spojenie)
• posielal údaje do cloudu Slovanet (loralink.slovanet.sk), odkiaľ ich D2000 KOM proces čítal (JSON správy v MQTT protokole cez TCP spojenie)

Protokol Sigfox  má podobné vlastnosti ako LoRaWAN, akurát využíva iné frekvenčné pásma. Používa infraštruktúru vybudovanú firmou Sigfox a jej partnermi a správy (s maximálnou veľkosťou payloadu 12 bajtov, maximálne 140 správ denne) sú prenášané do cloudu (backend.sigfox.com), odkiaľ je možné ich získať cez REST API.

Komunikácia bola testovaná medzi senzormi a Sigfox cloudom s použitím utility curl na získanie dát cez https.

Konfigurácia komunikačnej linky

Konfigurácia pre LoRaWAN protokol:

• Kategória komunikačnej linky: SerialOverUDP Device Redundant, TCP/IP-TCP.
• Konfigurácia linky SerialOverUDP Device Redundant:
• Lokálny port: port na ktorom D2000 KOM proces prijíma UDP pakety
• Primárne/záložné zariadenia: IP adresa LoRaWAN gatewaya
  (pre Connection Type=Kerlink IoT Station SPN)
• Port: port na ktorom LoRaWAN gateway prijíma pakety (v súčasnosti nevyužité, keďže nie je implementovaný zápis)
• Konfigurácia linky TCP/IP-TCP:
• Host: IP adresa servera, ku ktorému sa D2000 KOM proces pripája, prípadne redundantné adresy oddelené čiarkou alebo bodkočiarkou
  (pre Connection Type=MQTT client)
• Port: port servera, ku ktorému sa D2000 KOM proces pripája

Konfigurácia pre Sigfox protokol:

• Konfigurácia linky File I/O:
  • Vstupný súbor: cesta k adresáru, kde budú umiestnené dáta (JSON súbory) stiahnuté zo Sigfox cloudu. Môže byť použitá symbolická konštanta #APPDIR#, ktorá udáva aplikačný adresár, napr. #APPDIR#/Sigfox_input
    (platná syntax pre Windows aj Linux).
  • Archívny adresár: cesta k adresáru, kde budú umiestnené súbory po spracovaní. KOM proces dátové súbory po spracovaní presunie do podadresárov tohto adresára, ktoré budú mať názov podľa názvu stanice (napr. B.Sigfox_1) a k menu súboru pridá časovú značku udávajúcu čas spracovania (napr. zo súboru msg_21FDA7.txt spraví súbor msg_21FDA7_2018-10-26-06-26-08.txt).
    Podobne ako pre vstupný súbor môže byť použitá symbolická konštanta #APPDIR#, napr. #APPDIR#/Sigfox_archiv
    Pozn 1: chybné súbory alebo súbory, pre ktoré nebola identifikovaná žiadna stanica, budú po spracovaní presunuté do podadresára BAD.
    Pozn 2: pokiaľ archívny adresár nie je zadaný, všetky súbory budú po spracovaní vymazané.
    
    

Parametre protokolu linky

Dialóg konfigurácia linky - záložka Parametre protokolu.
Ovplyvňujú niektoré voliteľné parametre protokolu. Môžu byť zadané nasledovné parametre protokolu linky:

Tab. č. 1

Parametre linky otestované pre Connection Type=Kerlink IoT Station SPN voči Kerlink IoT Station 868 s firmware SPN:

Parametre linky otestované pre Connection Type=MQTT client voči TheThings.network:

Parametre linky otestované pre Connection Type=MQTT client voči Loriot.io s nastavením:

• Výstup protokolom MQTT
• MQTT broker: iot.eclipse.org
• MQTT topic: com/ipesoft/iot

Parametre linky otestované pre Connection Type=MQTT client voči LoraLINK Slovanet:

* Pozn.: Odoslaná hodnota je v lokálnom čase, je potrebné podľa toho nastaviť časové parametre príslušných staníc.

Parametre linky otestované pre Connection Type=Sigfox Client (JSON via HTTPS) voči Sigfox cloudu:

Konfigurácia komunikačnej stanice

• Komunikačný protokol "IoT over LoRaWAN/Sigfox".
• Adresa stanice: adresa stanice je identifikátor konkrétneho zariadenia (mote), ktorý sa nachádza v poli Mote Field Name.
  
  • pre Connection Type=Kerlink IoT Station SPN je adresa textová reprezentácia 8-bajtovej LoRaWAN adresy (napr. 00-00-00-00-21-1a-e3-c8)
  • Pre Connection Type=MQTT Client môže byť adresa textová reprezentácia 8-bajtovej LoRaWAN adresy (napr. 0018B2000000147D) alebo symbolická adresa definovaná v rámci MQTT servera (napr. fieldtestdevice)
  • pre Connection Type=Sigfox Client (JSON via HTTPS) je adresa identifikátor zariadenia (napr. 21FDA5)

Parametre protokolu stanice

Dialóg konfigurácia stanice - pole Parameter protokolu.
Ovplyvňujú niektoré voliteľné parametre protokolu. Môžu byť zadané nasledovné parametre protokolu stanice:

Tab. č. 2

Konfigurácia meraných bodov

Možné typy hodnôt meraných bodov: Ai, Di, Ci, TxtI, Qi, TxtO.

{ 
  "rx": {
    "moteeui": "00-00-00-00-00-1e-fc-1d", 
    "userdata": {
        "seqno": 77, 
        "port": 1, 
        "payload": "NzM3RjAwZTgwMA==", 
        "motetx": {
            "freq": 868500000,
	    "modu": "LoRa",
	    "datr": "SF7BW125",
	    "codr": "4/5"
	}
     },
     "gwrx": [
        {
         "time": "2017-07-05 16:06:52",
	 "chan": 2,
	 "rfch": 0,
	 "rssi": -33,
	 "lsnr": 7.5
        }
     ]
  }
}
	

{
  "app_id":"ipesoft-test",
  "dev_id":"fieldtestdevice",
  "hardware_serial":"0018B2000000147D",
  "port":2,
  "counter":549,
  "payload_raw":"niNJElVwAYQ5UBYfBBBN",
  "metadata":{
    "time":"2017-08-10T08:12:26.06860368Z",
    "frequency":867.5,
    "modulation":"LORA",
    "data_rate":"SF7BW125",
    "coding_rate":"4/5",
    "gateways":[
      {
        "gtw_id":"eui-000000000003080b",
	"timestamp":705621508,
	"time":"2017-08-10T08:12:26.434682Z",
	"channel":5,
	"rssi":-34,
	"snr":7.8,
	"latitude":49.20927,
	"longitude":18.73184,
	"altitude":359
      }
    ]
  }
}
	

Literatúra

Odkazy
Oficiálna stránka LoRaWAN aliancie https://www.lora-alliance.org/technology
Oficiálna stránka MQTT protokolu http://mqtt.org

Špecifikácie a štandardy
MQTT 3.1.1 špecifikácia http://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v3.1.1/mqtt-v3.1.1.html
ISO/IEC 20922:2016 http://www.iso.org/standard/69499.html

Popisy dátových formátov a API
www.loriot.io - Application API Data Format https://www.loriot.io/home/documentation.html#docu/app-data-format
www.thethingsnetwork.org - API Reference https://www.thethingsnetwork.org/docs/applications/mqtt/api.html

Revízie dokumentu

• Ver. 1.0 - 10. august 2017 - vytvorenie dokumentu.
• Ver. 1.1 - 25. august 2017 - doplnená konfigurácia linky (Frame Type, Time Mask - UNIX, UNIXMS, PayloadEncoding - Base16), podpora zariadenia AdeunisRF LoRaWAN TEMP a komunikácie s Loriot.io.
• Ver. 1.2 - 26. október 2018 - doplnená podpore pre Sigfox.