LoRaWAN

Referência do driver LoRaWAN: o servidor de rede Basics Station embutido, certificados de gateway, os registros de sensor e de concentrador, e o endereçamento no payload.

O driver LoRaWAN transforma o Ganter Lab num pequeno servidor de rede LoRaWAN. O sentido da relação é invertido em comparação com a maioria dos drivers: a estação não alcança um sensor, o gateway conecta ao Ganter Lab, e os sensores entregam as leituras deles como uplinks por aquele gateway. O Ganter Lab embute um servidor de rede que fala o protocolo LoRa Basics Station da Semtech, então qualquer gateway com firmware Basics Station pode usar esta estação como LNS dele.

O servidor embutido inicia quando o primeiro dispositivo LoRaWAN habilitado é carregado no connector em execução, e não na inicialização da aplicação, e para quando o último é removido ou desabilitado: sem nenhum sensor e nenhum concentrador configurado, nada escuta na porta. Adicionar um o traz de volta, sem reiniciar a aplicação.

Cada dispositivo sob o driver é um de dois registros, escolhido no painel dele:

• Um sensor, identificado pelo DevEUI dele e admitido com a chave de aplicação dele. As tags dele decodificam o payload do uplink.
• Um concentrador de rádio (o gateway), identificado pelo Station EUI dele e registrado numa região de rádio escolhida de uma lista. Ele não carrega tags próprias: a página dele mantém Acrescentar tag em cinza, dizendo o motivo, até o dispositivo ser registrado como sensor de campo.

Registre o concentrador além dos sensores. Um concentrador Basics Station pede a configuração de rádio dele assim que conecta e não repassa absolutamente nada até ser respondido, então uma estação que nunca viu o Station EUI dele deixa todo sensor atrás dele sem valor, enquanto a conexão em si parece saudável. A resposta é montada aqui a partir da região que você escolheu; não há texto de configuração para colar.

Preparar o gateway

O gateway é quem disca para esta estação, pelo LoRa Basics Station, e de fábrica não sabe onde ela está. A página de cada dispositivo registrado como concentrador de rádio traz o cartão Preparar o gateway com o que informar nas configurações do Basics Station no gateway, escrito para esta estação:

O cartão fica aberto enquanto o gateway não conectou desde que a estação abriu, e se recolhe depois que ele conecta: continua na página para a próxima vez que o gateway for configurado. Um gateway cujo certificado nenhuma raiz instalada no Windows garante é recusado na primeira conexão e espera em Acesso a equipamentos. Um gateway que só fala o protocolo Semtech UDP packet forwarder não consegue conectar: ele precisa de firmware Basics Station.

O arquivo é o mesmo para todos os gateways desta estação, e ele não muda quando o nome ou os endereços da estação mudam. Um gateway com a configuração de fábrica do Basics Station aceita a estação: nada precisa ser desligado na configuração dele.

Todo gateway que recebeu um arquivo de uma versão anterior precisa deste, instalado uma vez como tc.trust. No primeiro início desta versão, uma estação cujos gateways podem ter um arquivo anterior mostra no cartão um aviso, O arquivo desta estação mudou, só nessa execução. O aviso é um lembrete, não a instrução: instale o arquivo novo uma vez em cada gateway de uma estação que já tinha gateways, o cartão mostrando o aviso ou não.

Servidor de rede e portas

A escuta é sempre TLS. Não existe definição que desligue a criptografia: uma escuta em HTTP simples é recusada em qualquer lugar, exceto no loopback, que é inalcançável da rede da planta e existe só para testes em processo.

Certificados

A admissão é por TLS mútuo: o servidor prova quem é com o certificado dele, e todo gateway precisa provar quem é com um certificado de cliente.

Certificado do servidor. O servidor de rede apresenta um certificado assinado pela raiz própria desta estação, a mesma de que o sistema central OCPP depende. A raiz é criada uma vez por perfil, na primeira vez que qualquer um dos dois servidores inicia, e guardada na pasta de dados da aplicação:

• GanterLabConnector.pfx, em ua\pki\own\private, a chave privada, criptografada sob uma senha aleatória que, por sua vez, é protegida por usuário do Windows (DPAPI), então o par de arquivos não abre para ninguém quando copiado para outro lugar.
• GanterLabConnector-<station>.pem, em ua\pki\station, o certificado raiz público. Este é o arquivo que você instala no gateway como tc.trust para que ele confie nesta estação.

O assunto da raiz é Ganter Lab Connector (<station>), em que <station> é o nome de rede no dia em que ela foi criada, e ela não expira. Você instala a metade pública dela em cada concentrador uma vez, à mão, então uma raiz que vencesse derrubaria a rede de sensores inteira no aniversário dela, recusada no concentrador, onde esta estação não enxerga nada, e custaria uma visita a cada concentrador para voltar. Não há aviso de vencimento nem comando de renovação, porque não há o que renovar; o cartão Certificado raiz da estação, na página do driver, mostra a data que ela carrega como leitura (Válido até), com o caminho inteiro do arquivo público e o botão Abrir a pasta, que o mostra no gerenciador de arquivos do Windows (na janela da própria estação; num navegador em outro aparelho o botão fica acinzentado e diz por quê).

O certificado que o servidor de rede apresenta sob essa raiz traz o nome de rede da estação (o "Nome de rede" da configuração do servidor OPC UA embutido; o nome do computador enquanto está vazio), localhost e todos os endereços IPv4 da estação, e por isso um gateway que confere o nome do servidor o aceita. Renomear o computador, mudar o nome de rede ou mudar os endereços da estação não troca a raiz: só o certificado sob ela é emitido de novo, sozinho, sem nada a fazer nos concentradores.

A raiz é criada de novo só quando a guardada não pode mais ser aberta, por exemplo porque foi escrita por outra conta do Windows. Nesse caso, e na primeira vez que esta versão inicia numa estação que já pode ter dado um arquivo anterior aos concentradores, a página do driver diz, uma vez, sob Os concentradores precisam do arquivo de certificado novo, que todo concentrador precisa receber o novo GanterLabConnector-<station>.pem como tc.trust. Enquanto não receberem, eles não conseguem conectar.

Certificado de cliente do gateway. Todo gateway precisa apresentar um certificado de cliente durante o handshake TLS; um handshake sem ele é descartado antes de qualquer dado passar. O certificado precisa:

1. Ser confiável de um de dois jeitos: forma uma cadeia válida nesta máquina Windows, até uma raiz instalada nela; ou você aprovou este mesmo certificado em Acesso a equipamentos na página deste driver (abaixo). Nos dois casos ele precisa estar dentro das datas de validade. Uma conferência que falha recusa a conexão, e o diário registra qual conferência falhou.
2. Carregar o EUI da estação do gateway no nome comum do titular ou num nome alternativo de titular do tipo DNS. O identificador é lido como valor, então AABBCCDDEEFF0011, AA-BB-CC-DD-EE-FF-00-11 e AA:BB:CC:DD:EE:FF:00:11 nomeiam todos a mesma estação.
3. Nomear a mesma estação que a conexão de dados afirma ser: um certificado que nomeia um gateway diferente daquele do endereço da conexão é recusado.

Acesso a equipamentos

Um gateway cujo certificado nenhuma raiz instalada no Windows garante, por ser autoassinado ou emitido pela autoridade do próprio fabricante, não precisa dessa raiz instalada neste computador. A primeira conexão dele é recusada, e o certificado espera em Acesso a equipamentos, no fim da página do driver LoRaWAN, o mesmo cartão da página do driver OPC UA, até você decidir:

Cada certificado é aprovado por si, nunca a autoridade que o assinou, então um segundo gateway do mesmo fabricante espera a própria aprovação. Confira a impressão digital com a que o gateway informa antes de aprovar. Aprovar não muda qual gateway o certificado é: ele continua admitido só sob o EUI da estação que carrega, e só dentro das datas de validade. Um certificado em que o Windows já confia é admitido como antes e nunca aparece aqui; nada é aprovado automaticamente.

As decisões ficam na pasta de dados da estação, em ua\pki\lorawan, e sobrevivem a um reinício. Só um papel que pode configurar o Connector tem os comandos desenhados, e eles agem só na janela da própria estação: um navegador em outro dispositivo lê o cartão sem mudá-lo, e nenhuma ferramenta de agente aprova um certificado. A lista guarda até 100 certificados esperando aprovação; quando está cheia, um novo continua recusado mas não é listado, e o cartão avisa.

Campos de conexão

Um dispositivo LoRaWAN não tem host nem porta próprios: um sensor é alcançado por qualquer concentrador que leve o tráfego de rádio dele, e um concentrador alcança esta estação. O painel mostra primeiro o seletor de registro e depois os campos de que aquele registro precisa.

Um dispositivo cujo DevEUI (sensor) ou EUI da estação (concentrador) ainda está vazio, como o que você acabou de adicionar, espera por ele. A estação não o registra no servidor de rede e nenhuma conexão é tentada, a linha dele na árvore e o aviso no alto da página dele dizem "DevEUI ainda não informado" ou "EUI da estação ainda não informado" em vez de mostrar um erro, Reconectar não tem nada a reabrir, e a saúde dele continua em Ainda não se sabe. Informe o identificador no cartão Conexão e a estação registra o dispositivo. Um dispositivo salvo com o identificador vazio e chamado pelo seu EUI (dezesseis dígitos hexadecimais, sem separadores) não espera: registra-se sob o nome dele, como sempre fez.

A chave de aplicação é um segredo, e a estação a trata como tal. O painel a esconde atrás de pontos, com uma caixa Mostrar a senha que a revela enquanto você confere o que digitou; o banco de configuração a guarda protegida sob a conta do Windows que a digitou; e ela não aparece nem no diário nem no endereço que o driver lê, que carrega só o DevEUI. Abra a mesma configuração em outra conta do Windows e a chave não abre junto: o campo volta vazio, dizendo "Não pode ser lido nesta conta do Windows: ele só abre na máquina e na conta do Windows que o digitou. Digite de novo aqui.", e o sensor para de entrar na rede até você digitar a chave de novo. Uma configuração levada num backup mantém a chave, porque o backup é selado com a senha que você dá a ele.

O join é só OTAA: o sensor faz um join pelo ar através do concentrador, e o servidor de rede o responde usando a AppKey configurada. Uma requisição de join vinda de um DevEUI que nenhum dispositivo configurado carrega é recusada e registrada no diário. A ativação por personalização (ABP, chaves de sessão pré-provisionadas) não é suportada. A sessão de um sensor pertence a esta estação, não ao concentrador que repassou o join dele: com mais de um concentrador ao alcance, os uplinks dele chegam por qualquer um que os ouça, e um concentrador que cai ou é removido não leva nenhum sensor junto.

Desabilitar ou excluir um dispositivo o tira do servidor de rede na hora, sem esperar por um reinício: a chave dele sai do registro, a sessão que ele mantinha nesta estação é liberada, e o próximo join dele é recusado. Desabilitar ou excluir um concentrador também fecha a conexão dele na hora, e os sensores que ele repassava mantêm as sessões deles.

Um registro que o servidor não aceita nem chega a ser feito: um DevEUI ou Station EUI que foi informado e não tem 16 dígitos hexadecimais, uma chave de aplicação que falta ou que não tem 32 dígitos hexadecimais, ou uma região que esta estação não sabe configurar. O dispositivo lê como não conectado, a linha dele na árvore e o texto vermelho sob o cabeçalho da página dele nomeiam o campo que foi recusado e o que ele precisa conter, e o diário guarda a mesma linha. O servidor de rede não é iniciado por causa dele, e a estação não tenta o mesmo registro de novo: corrigir o campo é o que traz o dispositivo de volta, e Reconectar responde com a mesma recusa.

A saúde do concentrador

Um concentrador não carrega tags, então nenhuma leitura pode dizer se ele está lá. A saúde dele, o ponto na linha dele na árvore e a coluna Saúde na página do driver, é se o gateway dele está conectado a esta estação:

Por até dez segundos depois que uma mudança no concentrador é salva, ou que o Connector inicia, ele lê Ainda não se sabe: registrá-lo de novo fecha a conexão do gateway, e o gateway leva um momento para conectar de novo. Os sensores mantêm a saúde deles, pelas leituras deles, seja qual for a do concentrador: com mais de um concentrador ao alcance, um que cai deixa os outros entregando.

O que é enviado ao concentrador

Quando um concentrador registrado termina o handshake de versão, esta estação responde com a configuração de rádio da região dele: a faixa de frequência, as taxas de dados e quais delas são só de downlink, e o plano de canais padrão da região. Se o Station EUI não estiver registrado aqui, nada é enviado, e o diário diz qual estação perguntou e que ela não está registrada. Essa é a entrada a procurar quando um concentrador conecta e nenhum sensor atrás dele jamais reporta um valor.

Não há campos de intervalo de leitura. O LoRaWAN é baseado em push: o sensor decide quando faz uplink, o servidor guarda os payloads decodificados mais recentes por dispositivo, e os valores das tags se atualizam desse cache num ciclo fixo de um segundo.

Um sensor que ainda não fez uplink, portanto, não tem leitura, e não uma leitura que falhou. As tags ficam vazias, o dispositivo relata que nada foi observado, em vez de ficar offline, e nenhuma falha é registrada no diário: esperar o primeiro uplink é o protocolo funcionando. Um endereço que não resolve para nada num payload que o sensor de fato enviou é outra coisa, e é relatado como a falha de leitura que é.

Quando um sensor fica quieto

Como nada lê um sensor ciclicamente, o payload que ele enviou por último fica naquele cache até ele enviar outro. Deixado assim, um sensor cuja bateria acabou continuaria publicando o mesmo número como leitura boa enquanto a estação rodasse, alimentando gráficos, histórico e alarmes com um valor que deixou de ser verdade.

Todo sensor carrega, por isso, um tempo máximo sem transmissão, em segundos, no painel dele. O padrão é 3600 segundos, uma hora, que cobre com folga a cadência de dez a trinta minutos de um sensor comum; um sensor que reporta mais raramente eleva o próprio. Passado esse prazo:

• As tags dele param de carregar valor e publicam qualidade ruim, em vez de repetir o último uplink.
• O painel do dispositivo diz quando o sensor transmitiu pela última vez, para você ver há quanto tempo ele está quieto.

Deixar o campo em 0 desliga o vencimento naquele sensor: o último uplink dele continua lendo como bom por tempo indeterminado. Nada mais muda, e nenhum payload guardado é descartado.

Endereçamento da tag

Uma tag LoRaWAN endereça bytes dentro do payload decodificado do uplink. Não há endereço em texto livre; o cartão Origem oferece campos tipados em dois modos, trocados pela caixa de seleção Endereçar por canal/tipo Cayenne LPP:

A ordem das operações numa leitura é: pegar os bytes endereçados → aplicar a máscara de bits → inverter se o byte mais significativo vier primeiro → converter para o tipo de dado da tag → aplicar o multiplicador (tipos numéricos).

Exemplos, para um sensor cujo payload de 11 bytes carrega uma temperatura Int16 em big-endian no deslocamento 2:

• Modo de deslocamento: canal/deslocamento 2, comprimento de leitura 2, byte mais significativo primeiro ligado.
• Modo LPP, o mesmo sensor falando Cayenne LPP no canal 1 com tipo 103: marque a caixa LPP, canal 1, código de tipo 103, comprimento de leitura 2.

Tipos de dado suportados

Escritas e descoberta

Tags LoRaWAN são somente leitura: os valores vêm apenas dos uplinks do sensor, o campo de acesso não oferece escolha gravável, e o runtime recusa uma escrita em vez de fingir sucesso. Downlinks existem no protocolo como tráfego de rede (aceites de join, comandos MAC), nunca como escrita de valor de tag.

O driver não tem varredura de descoberta. Adicione o concentrador à mão, com o Station EUI e a região dele, e cada sensor à mão, com o DevEUI e a AppKey dele; o fluxo geral de adicionar um dispositivo está descrito na página Connector.