LoRa Gateway Radioenge

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Ana Beatriz Taveira Neiva
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1 LoRa Gateway Radioenge Manual de Utilização Revisão - Agosto 2018 Rua Afonso Celso, 77 - Curitiba - PR - Brasil CEP

2 Sumário 1 Introdução 2 2 Hardware 3 3 Conexão com o Raspberry Pi e Network Server Configuração do Raspberry Pi - método padrão Cadastro do Gateway no servidor de rede

3 1 INTRODUÇÃO 1 Introdução LoRaWAN é um protocolo de comunicação sem fio que abrange desde a camada física à camada de rede. A camada física é implementada através da modulação LoRa, que possibilita um sinal com grande alcance e baixo consumo de energia. Um diagrama de uma rede LoRaWAN é apresentado na figura 1. Os nós da rede se comunicam com gateways LoRaWAN em uma topologia estrela. Um rádio não possui um gateway fixo, podendo entregar as mensagens para qualquer gateway da rede, o que torna possível a sua utilização em redes móveis. Sendo assim, esse tipo de rede é ideal na concepção de uma LPWAN (Low-Power Wide Area Network). Sua principal utilização está no ramo da IoT (Internet of Things), conceito que vem ganhando espaço no ambiente acadêmico e empresarial. Com a rede LoRaWAN Radioenge, a comunicação entre nós e gateways é transparente para a aplicação, facilitando a implementação da rede LoRaWAN em projetos de IoT e proporcionando alta escalabilidade, uma vez que novos gateways e nós são facilmente adicionados para dar suporte a novas aplicações. Para a implementação da camada de rede LoRaWAN, é necessária a utilização de um gateway LoRaWAN para fazer a comunicação entre o servidor (TCP-IP) e os nós da rede (modulação LoRa). O Gateway LoRaWan Radioenge somente faz uma ponte entre a camada física do tipo LoRa e uma interface SPI, sendo necessário um dispositivo que receba esses dados pela interface SPI e os envie via TCP/IP ao Network Server. Uma possiblilidade é a utilização de uma placa Raspberry Pi, conforme apresentado na figura 1. A conexão entre o gateway e a Raspberry Pi é feita através do shield Radioenge RPi3-GWHat. A Radioenge disponibiliza softwares a serem usados na Raspberry Pi para envio dos dados ao Servidor de Rede. Se utilizado o Servidor de Rede Radioenge, as mensagens de gerenciamento da rede são tratadas por este, enquanto as mensagens específicas da aplicação são passadas a um servidor de aplicação cadastrado. Se mais de um gateway envia o pacote para o servidor de rede, cabe a este decidir qual deles terá preferência nessa transmissão, eliminando, assim, pacotes duplicados. O downlink ocorrerá normalmente através do gateway que fez o uplink. Figura 1: Rede LoRaWAN 2

4 2 HARDWARE 2 Hardware As funções dos pinos do gateway LoRa R são apresentadas na tabela 1 conforme numeração da figura 2. Tabela 1: Pinos do Gateway LoRaWAN Radioenge 1 GND 8 MOSI 2 GND 9 CSN 3 +5V V 11 Time Pulse 5 RESET 12 GPS Reset 6 SCK 13 GPS RXD 7 MISO 14 GPS TXD Figura 2: Placa do LoRa Gateway Radioenge Os valores máximos absolutos suportados pelo gateway são apresentados na tabela 2. Expôlo além dos valores listados pode danificar permanentemente seus componentes. Para garantir a operação correta do equipamento, ele deve trabalhar nos intervalos apresentados na tabela 3 Tabela 2: Valores máximos absolutos Parâmetro Mínimo Máximo Unidade Tensão de alimentação (Vdd) -0,3 5,5 V Temperatura de armazenamento o C Temperatura em funcionamento o C Tabela 3: Valores de Operação Parâmetro Mínimo Máximo Unidade Tensão de alimentação (Vdd) 4,6 5,5 V Temperatura o C 3

3 CONEXÃO COM O RASPBERRY PI E NETWORK SERVER 3 Conexão com o Raspberry Pi e Network Server Sugere-se o uso do Raspberry Pi, conectado à internet, para o uplink dos dados recebidos pelo gateway para

5 3 CONEXÃO COM O RASPBERRY PI E NETWORK SERVER 3 Conexão com o Raspberry Pi e Network Server Sugere-se o uso do Raspberry Pi, conectado à internet, para o uplink dos dados recebidos pelo gateway para o servidor de rede. O Raspberry Pi 3 tem a pinagem apresentada na figura 3 e especificada na tabela 3. Figura 3: Pinagem do Raspberry Pi 3 Sendo assim, para conectar o Gateway LoRa Radioenge ao Raspberry Pi, deve-se conectar os pinos conforme a tabela 4. Isso pode ser feito facilmente através do shield Radioenge RPi3-GWHat, mostrado na figura 4. Assim, a placa conectada ao Raspberry Pi 3 fica como na figura 5. Tabela 4: Conexão entre o Gateway Radioenge e o Raspberry Pi 3 Pino do Gateway Função Pino do Raspberry Pi 1 ou 2 GND 6,9,14,20,25,30,34 ou 39 3 ou 4 +5V 2 ou 4 5 Reset - Chip Selection 26 6 SCK 23 7 MISO 21 8 MOSI 19 9 Chip Selection GPS RXD - UART TX 8 14 GPS TXD - UART RX 10 4

Semtech neste link. 1. Siga o procedimento do link https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ para instalar o sistema operacional no SD Card do Raspberry Pi.

6 3 CONEXA O COM O RASPBERRY PI E NETWORK SERVER Figura 4: Shield RPi3-GWHat 3.1 Figura 5: Gateway LoRa acoplado ao Raspberry Pi 3 Configurac a o do Raspberry Pi - me todo padra o O seguinte procedimento para conectar o Raspberry Pi a um servidor LoRaWAN e disponibilizado pela Semtech neste link. 1. Siga o procedimento do link para instalar o sistema operacional no SD Card do Raspberry Pi. E recomendada a utilizac a o do Raspbian. 2. Habilite o SPI do Raspberry Pi atrave s do desktop ou pelo procedimento da sec a o Enable SPI driver on Raspberry Pi do tutorial da Semtech. 3. Instale a u ltima versa o do driver do SX1301 disponibilizado pela Semtech. 4. Altere o arquivo /lora pkt fwd/global conf.json conforme explicado no manual da Semtech para definir os para metros do gateway. Arquivos com as configurac o es regionais da Europa e dos Estados Unidos esta o disponı veis em lora pkt fwd/cfg/global conf.json. O arquivo com as configurac o es de rede para a regia o australiana/brasileira e disponibilizado pela Radioenge, mas elas podem tambe m ser alteradas diretamente no arquivo atrave s de um editor de texto. Configure nesta etapa o enderec o e porta do Network Server, ale m do Gateway ID. Se for utilizado o servidor Radioenge, o IP configurado deve ser O Gateway ID segue o padra o EUI-64 definido pela IEEE, sendo os primeiros 24 bits os identificadores do proprieta rio da rede fornecidos pelo IEEE Registration Authority e os outros 40 bits definidos por este proprieta rio. 5. Configure o EUI-64 do Gateway ID tambe m no arquivo lora pkt fwd/local conf.json. 6. Execute o programa /packet forwarder/lora pkt fwd/lora pkt fwd. Pode ser necessa rio reiniciar o gateway atrave s do programa /lora gateway/reset lgw.sh com o para metro start antes da execuc a o do packet forwarder. 3.2 Cadastro do Gateway no servidor de rede Apo s a configurac a o do gateway, e preciso cadastra -lo no servidor de rede LoRaWAN a ser utilizado. O passo-a-passo a seguir considera a utilizac a o do Servidor de Rede Radioenge. Apo s realizar o login, acesse a aba Infrasctructure/Gateways e pressione o bota o Create. Em seguida, preencha os campos com as informac o es pedidas e pressione Submit. Revisa o Ago/2018 5

7 3 CONEXÃO COM O RASPBERRY PI E NETWORK SERVER Figura 6: Pinagem do Raspberry Pi 3 MAC: Gateway ID definido no arquivo local conf.json. Group: string para uso específico da aplicação. TX Chain: identifica qual das configurações de rádio devem ser utilizadas no downlink. No arquivo global conf.json, elas são identificadas pelo nome radio x (por exemplo: radio 0 ). Antenna Gain(dBi): ganho da antena. No Brasil, o valor máximo permitido é 6 dbi. O valor máximo da potência total, considerados o ganho do rádio e da antena, é 36dBm. Description: como for conveniente Altitude: altitude do ponto de instalação do gateway. Se o gateway estiver apontando, no arquivo global conf.json, para o servidor em que está cadastrado, a execução do packet forwarder fará com que eles se conectem. A partir de então, os pacotes recebidos por este gateway, vindos de motes LoRaWAN, serão encaminhados para o Network Server, o qual entrega as mensagens para o Application Server referente a cada mote, conforme estes estejam cadastrados. O procedimento de cadastro de novos motes é encontrado no manual do Mote Radioenge. 6

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