Разработка учебного лабораторного стенда для изучения технологии LoRaWAN

УДК 621.395

Айтжанов Д.Н.1

1Международный университет информационных технологий

Алматы, Казахстан

Научный руководитель: Айтмагамбетов А.З.

РАЗРАБОТКА УЧЕБНОГО ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ LORAWAN

Аннотация. Данная работа посвящена разработке учебного лабораторного стенда для изучения технологии LoRaWAN. Рассмотрены структурная схема стенда, указания по установке и настройке сетевого сервера ChirpStack, сервера данных Grafana и база данных InfluxDB, а также изменения конфигурации БС и конечных устройств для подключения к серверам. Полученные данные от конечных устройств были визуализированы графиком на сервере Grafana, для дальнейшего мониторинга и анализа данных.

Ключевые слова: технология LoRaWAN, протокол LoRa, модуляция CSS, сетевой сервер ChirpStack, сервер визуализации данных Grafana, InfluxDB СУБД.

Введение

LoRaWAN — это технология маломощной глобальной сети (LPWAN), используемая в сфере Интернета вещей (IoT) и межмашинных коммуникаций (M2M). Данный стандарт беспроводной связи применяется на больших расстояниях, работающий в УВЧ диапазоне частот. Технология обеспечивает подключение на расстояния до 15 км в сельской местности и 2-5 км в городах и низкое энергопотребление, что является подходящим вариантом для использования в устройствах Интернета вещей с батарейным питанием.

Актуальность использования технологии LoRaWAN заключается в способности предоставлять маломощное, экономичное и совместимое решение для IoT и M2M коммуникаций. Использование нелицензионного спектра частот, низкая стоимость устройств и растущая экосистема продуктов и услуг делают данную технологию идеальным решением для организаций, стремящихся реализовать проекты Интернета вещей.

Целью данной работы является разработка учебного лабораторного стенда для углубленного изучения технологии LoRaWAN.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

- разработать структурную схему и выбрать элементную базу для лабораторного стенда;

- установить и настроить сетевой сервер LoRaWAN с открытым исходным кодом ChirpStack;

- установить и настроить БС и конечные устройства для подключения к сетевому серверу LoRaWAN;

- получить пакеты данных на веб-интерфейсе сетевого сервера LoRaWAN;

- визуализировать пакеты данных на сервере Grafana.

Структурная схема учебного лабораторного стенда

В данной работе была разработана структурная схема стенда для исследования технологии с LoRaWAN. Был проведен выбор элементов и узлов для реализации учебного стенда.

Разработанная структурная схема лабораторной работы состоит из следующих элементов: датчика определения расстояния Dragino LDDS75 (конечное устройство), базовая станция Orion M2M (шлюз), сервер ChirpStack (сетевой сервер LoRaWAN), база данных InfluxDB и сервер Grafana (сервер визуализации данных LoRaWAN).

[pic 1]

Рисунок 1 - Структурная схема лабораторного стенда

Для корректной работы данного лабораторного стенда необходимо произвести настройки конфигурационных файлов датчика расстояния, базовой станции и сетевого сервера ChirpStack. После выполнения необходимых настроек создается база данных в СУБД InfluxDB и осуществляется интеграция с сервером ChirpStack. Все пакеты данных, полученные сервером ChirpStack, будут сохраняться на созданном базе данных. В данном случае для дальнейшей визуализации и мониторинга полученных данных используется сервер Grafana. Данный сервер связывается с созданной базой данных и представляет данные в виде: графиков, таблиц, единичной статистики, манометра, диаграммы, гистограммы и другие

[pic 2]

Рисунок 2 – Датчик определения расстояния LDDS75 и БС Orion M2M

Результаты эксперимента

В ходе разработки лабораторного стенда после изменении всех конфигурационных файлов необходимо зарегистрировать БС и датчик определения расстояния на сетевой сервер ChirpStack. Регистрация БС Orion M2M на сетевой сервер состоит из создания профилей шлюза и активация шлюза через DevEUI, указанный в паспортных данных данного устройства.

Для регистрации датчика необходимо знать паспортные данные устройства и активировать его через метод ABP (Activation By Personalization). Регистрация с использованием метода ABP потребует внести паспортные данные: DevAddr, DevEUI, AppKey, AppsKey и NwksKey.