使用Dragino網關和TheThingsNetwork設置LoRaWAN

描述

嘿，怎么了，伙計們！來自 CETech 的Akarsh。

在我之前的一些項目中，我經常使用 LoRa 模塊，并遇到了我在這些項目中展示的 LoRa 模塊的許多優點和應用。在這個項目中，我將進一步使用 LoRa 技術。到目前為止，我們只使用 LoRa，但在這個項目中，我們將使用 LoRa WAN，其中我們將結合 Internet 使用 LoRa。為此，我們將使用 Dragino 的 LoRa WAN 網關，并使用 The ThingsNetwork 作為該項目的服務器。我們要做的是設置我們的 Dragino LoRaWAN 網關并將其連接到也安裝有 LoRa 模塊的 Arduino。

因此，閱讀本文，您將獲得一些關于 LoRa WAN 的知識，當然還有關于 Dragino 網關設置和 TheThingsNetwork 的知識。

您可以從以下鏈接獲取您自己的 Dragino 套件：

在印度：https://www.enthutech.in/shop/product...國外：http://www.dragino.com/products/lora/...

現在讓我們開始吧。

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什么是 LoRa WAN？

LoRaWAN 規范是一種低功耗、廣域 (LPWA) 網絡協議，旨在將電池供電的“事物”無線連接到區域、國家或全球網絡中的互聯網，并針對關鍵的物聯網 (IoT) 要求，例如雙向定向通信、端到端安全、移動性和本地化服務。

LoRaWAN 網絡架構部署在星型拓撲中，其中網關在終端設備和中央網絡服務器之間中繼消息。網關通過標準 IP 連接連接到網絡服務器并充當透明網橋，只需將 RF 數據包轉換為 IP 數據包，反之亦然。無線通信利用 LoRaò 物理層的長距離特性，允許終端設備和一個或多個網關之間的單跳鏈路。所有模式都能夠進行雙向通信，并且支持多播尋址組，以便在固件無線 (FOTA) 升級或其他大規模分發消息等任務期間有效利用頻譜。

安全性是任何大規模物聯網部署的首要考慮因素，LoRaWAN 規范定義了兩層加密：

• 終端設備和網絡服務器之間共享的唯一 128 位網絡會話密鑰。
• 在應用程序級別端到端共享的唯一 128 位應用程序會話密鑰 (AppSKey)。

AES 算法用于向網絡服務器提供數據包的身份驗證和完整性，并為應用程序服務器提供端到端加密。通過提供這兩個級別，可以實現“多租戶”共享網絡，而網絡運營商無需了解用戶的有效負載數據。

Dragino 物聯網套件

Dragino 物聯網套件是一個精心設計的套件，可幫助初學者和開發人員快速學習 LoRa 和物聯網技術。借助該套件，您可以制作大量基于 LoRa 的項目，并了解 LoRa 的物聯網應用。該套件有兩個版本 V1 和 V2。我們在我們的項目中使用 V2 套件，因為它是最新的。該套件隨附以下物品：

• 1 x LG01-N 單通道 LoRa 網關
• 1 x (LoRa Shield + Arduino UNO)1 x (LoRa/GPS Shield + Arduino UNO)
• 1 個火焰傳感器
• 1 個繼電器
• 1 個光敏傳感器
• 1 個蜂鳴器
• 1 個超聲波傳感器
• 1 x DHT11 溫濕度傳感器
• 10 x 杜邦線（公對公）
• 10 x 杜邦線（母對母）
• 10 x 杜邦線（母對公）

使用所有這些工具，您可以構建許多基于 LoRaWAN 的項目，并為物聯網應用配備它們。

您可以從此處獲得該套件的更詳細說明。

關于采用 LoRa 技術的 Dragino LG01-P 物聯網網關

Dragino 提供了一系列用于不同目的的 LoRa WAN 網關，但我們將在這里使用的是采用 LoRa 技術的 LG01-P 物聯網網關。

它是一個開源的單通道 LoRa 網關。它允許您通過 WiFi、以太網或 3G/4G 蜂窩網絡（通過可選的 LTE 模塊）將 LoRa 無線網絡橋接到 IP 網絡。TheLoRa 無線允許用戶以低數據速率發送數據并達到極遠距離。它提供超長距離擴頻通信和高抗干擾能力。LG01-P提供WiFi接口、以太網接口、USB主機接口等多種互聯網連接方式。這些接口為用戶將其傳感器網絡連接到 Internet 提供了靈活的方法。可支持單頻有限的LoRaWAN協議和定制的LoRa傳輸協議。

該網關的一些主要特點是它消耗低功耗，具有內置網絡服務器，具有提供強大系統的故障保護設計，與 Arduino IDE 兼容等。它還支持 WiFiAP、客戶端或 Ad-Hoc （網格）模式。

您可以從此處閱讀 LG01-P 的數據表，以詳細了解其技術規格。

有關其他詳細信息，您可以從這里參考他們的網站。

查看 TheThingsNetwork 服務器

TheThingsNetwork Server 是一個開源平臺，可為您的寶貴物聯網數據提供安全、可擴展和可靠的 LoRa 路由。TheThingsNetwork 的主要功能是安全路由、設備管理、用戶管理、數據存儲、監控等。

該網絡服務器允許加密從傳感器運行到應用程序，而無需任何第三方訪問密鑰，這也稱為端到端安全。這可以通過允許用戶在其場所或私有云中運行網絡服務器或其組件來實現。談到集成，TheThingsNetwork 服務器支持深度集成，可以在構建網絡運營服務的同時輕松與現有計費或用戶管理系統集成。除了這些功能之外，TheThingsNetwork Server 還具有可擴展性。隨著進出設備的數據流增加和服務器負載增加，它可以水平和垂直擴展。所以我們將在我們的項目中使用這個網絡服務器。

使用 TheThingsNetwork 設置 LoRaWAN 網關

在這一步中，我們將使用 TheThingsNetwork Server 設置 LoRa WAN 網關，并使其準備好使用。為此，我們需要遵循以下步驟：-

1）拿起LG01-P網關并連接其天線，然后借助網關隨附的適配器將網關連接到電源。適配器需要連接到 12V-1A 端口。

2) 將 LAN 電纜的一側連接到網關的 LAN 端口，另一側連接到用于設置的 PC/筆記本電腦。

3) 現在，轉到您的網絡瀏覽器并輸入 IP 地址“10.130.1.1”，這將帶您進入 Dragino 登錄頁面。在那里，您需要輸入用戶名“root”和密碼“dragino”，然后按登錄按鈕。

4) 現在我們需要使用 WiFi 將網關連接到 Internet，因為我們需要轉到“網絡”選項卡。在那，我們需要選擇無線選項。它將打開一個頁面，其中將有一個名為“radio0”的選項。您需要單擊該“radio0”選項前面的掃描按鈕。

5) 這將打開網關范圍內的可用 WiFi 網絡列表。點擊與您的 WiFi SSID 對應的“加入網絡”按鈕。這將打開一個加入網絡頁面。

6) 在該頁面上會有一個名為 WPA 密碼的塊。在該塊中，您需要輸入您的 WiFi 網絡的密碼，在此下方還有另一個字段，您需要在其中輸入新網絡的名稱。在該塊中，您可以選擇任何名稱作為您的網絡名稱。之后單擊提交按鈕，然后在下一頁單擊保存并應用按鈕。

7) 完成上述步驟后，您的網關將連接到您的 Wifi 網絡。由于網關連接到 Wifi，我們需要禁用 Dragino SSID，因為它本質上使網關成為接入點。所以我們需要禁用 Dragino SSID 才能連接到 Wifi。

8) 現在打開 TheThingsNetwork 控制臺并點擊網關按鈕。在這里，我們需要為此單擊注冊網絡按鈕注冊一個新網絡。這將打開該頁面上的 Register Network 頁面，選擇 Legacy Packet forwarder 選項。

9) 之后返回dragino 頁面。在該頁面上，轉到服務選項卡，然后在該選項卡下選擇 LoRaWAN 網關選項。將在該頁面上打開一個網頁，其中將顯示網關 ID。復制該網關 ID 并將其粘貼到 ThingsNetwork 控制臺頁面上的網關 EUI 選項中。

10) 之后，在 ThingsNetwork 控制臺頁面的描述塊中輸入任何描述，選擇頻率計劃（在我的情況下，它是印度），在地圖上選擇網關所在的位置，選擇天線放置選項（在我的情況是室內），然后單擊注冊網關按鈕。

11) 這將注冊網絡，并且可以通過查看“已連接”的狀態來驗證。

12) 現在我們可以回到dragino 網關頁面。它將幫助您逐步完成該過程。

創建應用程序和編碼 Arduino

Dragino 套件帶有兩個 Arduino Uno。一個安裝了 Lora 模塊，另一個安裝了 GPS 模塊和 LoRa 模塊。對于我們的項目，我們將使用沒有 GPS 模塊的那個。

在這一步中，我們將使用 TheThingsnetwork 控制臺創建一個應用程序，以從 Arduino 獲取數據，并編寫 Arduino 代碼以發送數據。為此，我們需要遵循以下步驟：-

1) 轉到 TheThingsNetwork 控制臺頁面。在該頁面上單擊應用程序按鈕。這將打開“添加應用程序”頁面。您需要在此處輸入應用程序 ID 和描述。這些可以是您選擇的任何東西。除此之外，還有一個處理程序注冊字段，默認設置為“ttu-handler-eu”。我們必須保持原樣，然后單擊“添加應用程序”按鈕。這將創建應用程序。

2) 現在我們需要使應用程序能夠解釋從 Arduino 接收到的數據。為此，您需要從此處打開 GitHub 頁面。在該頁面上，您將看到一個名為“Payload Script”的文件。打開該文件并復制那里給出的腳本。現在回到 Applications 頁面，打開 Payload Formats 選項卡并將腳本復制到那里。現在點擊保存按鈕，您就可以開始了。

3) 我們的應用程序已經可以使用了。現在我們需要將代碼上傳到我們的 Arduino 板。此代碼將通過 LoRa 模塊在網關和 Arduino 之間建立連接，然后 Arduino 將生成一些隨機數，這些隨機數可以在 TheThingsNetwork 服務器設置中接收和查看。

4) 要獲取此代碼，您必須再次進入 Github 時代，您將看到一個名為“ Arduino_Hello_world.ino”的文件。這是要上傳到 Arduino 的代碼，將其復制并粘貼到您的 Arduino IDE 中。

5) 現在回到 TheThingsNetwork 的控制臺頁面，您會看到一個選項，上面寫著“注冊設備”。單擊該選項，因為要將節點添加到網關，我們首先需要注冊設備。在注冊頁面，您需要輸入設備 ID 和設備 EUI。這可以是隨機的，也可以是您選擇的任何內容。輸入這些后，您需要單擊“注冊”按鈕。

6) 現在在 TheThingsNetwork 上創建了一個新設備。它默認在 OTAA 方法中創建，您需要將方法更改為 ABP，方法是轉到設備設置中的激活方法選項，然后單擊保存按鈕。

7) 現在返回設備概覽頁面。在該頁面上，您將看到三個不同的字段，即網絡會話密鑰、應用程序會話密鑰和設備地址。將這些字段一一復制并粘貼到相應位置的代碼中。

8) 現在我們需要將 Arduino 連接到我們的 PC。選擇正確的 COM 端口和板，然后單擊上傳按鈕。

這樣，項目的設置就完成了，現在我們需要做的就是玩弄我們新落腳的網關。

測試新網關鏈接

當我們看到TheThingsNetwork 控制臺頁面時，在上傳代碼之前。我們觀察到有一個“從未見過”的狀態字段，但只要我們上傳代碼，Arduino 就會通過 LoRa 連接到網關，狀態變為剛才，之后，它變為 1 秒前， 2 秒前，以此類推。這表明Arduino正在發送數據，并且在Server端成功接收。

談代碼。它的設計方式是它不斷地向服務器發送隨機數，通過轉到控制臺頁面上的數據選項卡，可以在服務器端看到接收到的數字，其中接收到的數據是可見的。我們還可以在串行監視器上查看 Arduino 發送的數據，以交叉檢查數字是否正確傳輸。

通過這種方式，我們使用 Dragino LG01-P 物聯網網關創建了一個 LoRaWAN，并通過該網關成功傳輸了數據。希望你喜歡這個項目。