基于开源软件的LoRaWAN物联网实验方案探究

1、    基于开源软件的lorawan物联网实验方案探究    司长明 王长莲摘要：本文探究了一种使用开源的lorawan服务器chripstack和开源的物联网平台thingsboard，利用chripstack提供的“lorawan网络的开源组件”，实现跨网关不同lora节点间的通信，及读取节点数据和发送数据给节点的功能。关键词：开源;lora;lorawan中图分类号：tn929.5;tp391.44   文献标识码：a   文章编号：1672-9129（2020）16-0102-011 lora与lorawa

2、nlora（long range radio）是一种远距离无线通信技术，主要在ism频段运行，包括433、868、915 mhz等，具有通信距离远（最远可达15km），功耗低（10-20电池使用寿命），多节点（一个lora网关理论上可连接数千个节点），抗干扰能力强等优点，其总体性能在小范围内（如工厂的厂区内）表现地非常好。lorawan是基于lora远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构，是一套数据交互的协议标准，定义了lorawan节点，lorawan网关，lorawan server之间的通信，可以实现不同网关之间的通信，进而实现不同网关下lora节点之间的通信。2 方案框架及数据传输

3、流程本文主要探究的是使用开源lorawan服务器chripstack和开源的物联网平台thingsboard相结合，利用开源的物联网编程工具node-red来编写控制逻辑，实现多个lora网关连接到云端并进行不同网关之间的通信。基于chripstack的lorawan拓扑结构图如图1所示。图1中，lora节点表示通过传感器采集环境信息的设备，这些可以是：测量空氣质量，温度，湿度，可燃气等信息的设备;lora网关是多个lora节点之间相互通信的媒介，可以接收节点数据及发送数据给节点;在lora网关上运行的有一个网关与server间的包转发器，负责接收和发送数据，称为packet fowarder

4、，一般使用开源应用semtech udp数据包转发器;chirpstack网关桥位于数据包转发和mqtt代理之间，它将数据包转发格式（如semtech udp数据包转发器协议）转换为chirpstack组件使用的数据格式，还提供了与各种云平台的集成方式;mqtt是一种基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议，具有低开销、低带宽占用、轻量、简单、开放和易于实现的特点，使其在m2m通信、物联网（iot）、小型设备等方面有较广泛的应用，而pub/sub broker是mqtt的消息代理服务器，主要用于中转多个设备之间的消息，也称为mqtt的服务器;chirpstack网络服务器是一个lorawan

5、的网络服务器，负责管理网络的状态，能够在网络上将连接的设备激活，并且能够在设备要加入网络时处理加入请求，完成节点的入网及将数据发送给指定的网关;chirpstack应用服务器是一个lorawan应用服务器，可以通过高性能、开源和通用的rpc框架grpc与chirpstack网络服务器完成通信，chirpstack应用服务器主要提供了用于管理用户，组织，应用程序，网关和设备的web界面和api;thingsboard是一个开源的物联网平台，使用行业标准物联网协议（mqtt，coap和http）实现设备连接，并支持云和本地部署，能够收集数据并对数据进行可视化展示，主要用于数据收集、处理、可视化展示

6、以及设备管理等;node-red是ibm在2013年末开发的一个开源项目，现在已经发展成为一个较为开放的物联网开发工具，它是基于流的编程模型，其可视化编程方法，能够满足快速连接硬件和设备到web服务和其他软件的需求，也被称为物联网的“粘合剂”，node-red能够与chirpstack配合，结合thingsboard平台和lorawan网关设备，完成对不同物联网应用场景模型下设备控制逻辑的实现，达到可视化编程来控制物联网设备的目标。具体的数据传输流程如下：lora节点设备通过传感器将采集到的数据（空气质量、温度、湿度、光照、可燃气等）发送给lora网关（其可以接收/发送多个节点的数据），lor

7、a网关将数据通过数据包转发器（packet forwarder：常见实现是semtech udp数据包转发器）通过udp发送给chirpstack网关网桥，chirpstack网关网桥位于数据包转发和mqtt代理之间，主要将数据包转发器格式转换为chirpstack组件使用的数据格式，chirpstack网关网桥使用mqtt协议通过消息代理服务器（broker）将数据发送给chirpstack网络服务器（负责管理网络的状态），chirpstack网络服务器可以通过采用高性能rpc框架grpc将数据传输给chirpstack应用服务器，chirpstack应用服务器将收到的上行链路数据转发到一个或多个已配置的集成，这里面使用的是thingsboard，它可以使用chirpstack应用服务器api来调度下行链路的相关lora节点设备，最终用于分析数据、发出警报、数据可视化以及触发相关操作等。3 结语本文根据作者在新大陆集团有限公司企业一线实践经历，探究了一种基于开源软件来实现lora远距离无线通信的实验方案，采用开源框架的设计能够帮助学生学习开源知识，加强学生创新性的培养，增强学生的专业技能。参考文献：1杨心元，杜丹，王凯.基于lorawan-server的态势呈现平台设计j.计算机与网络，2020，46（1