№3 / 2017 Статья 7 Инструменты для разработки LoRaWAN-устройств: радиомодули, отладочные средства и облачный сервис

Активное развитие Интернета вещей меняет подход к разработке электронных устройств. Кроме аппаратных отладочных средств и беспроводной сетевой инфраструктуры требуется доступ к облачным сервисам. Российская компания Лартех Телеком представляет новые инструменты для создания устройств Интернета вещей.

Интернет вещей заставляет глобальных дистрибьюторов пересмотреть компонентно-ориентированный подход к бизнесу. Крупнейшие компании уже добавили в свои линейки новую категорию продуктов – облачные сервисы для устройств Интернета вещей [1, 2]. Это стало ответом на изменения мирового рынка информационных технологий. Миллионы устройств Интернета вещей должны передавать данные в беспроводных сетях, и потребителям этих устройств нужны сервисы хранения, обработки и визуализации данных. При этом параметр time-to-market для Интернета вещей стал еще более критичным.

Рис. 1. Пример инфраструктурного объекта сети Лартех Телеком

Рис. 1. Пример инфраструктурного объекта сети Лартех Телеком

Компания Лартех Телеком в 2016 году начала строительство сетевой инфраструктуры сети LoRaWAN на территории России (рисунок 1). При этом темпы строительства значительно опережают насыщение рынка LoRaWAN-устройствами. Имея высокие компетенции в операторской деятельности, разработке корневого программного обеспечения Network-серверов и LoRaWAN-радиомодулей, департамент исследований и разработок Лартех Телеком провел успешную интеграцию своих решений в продукцию десятков российских производителей.

Накопленный опыт создания и эксплуатации LoRaWAN-устройств позволил компании Лартех Телеком разработать удобные инструменты для разработчиков: радиомодули серии LRTX-868-xxx с поддержкой AT-команд (рисунок 2) и облачный сервис lar.cloud. Рассмотрим подробнее процесс разработки LoRaWAN-устройств с применением указанных инструментов (рисунок 3).

Рис. 2. Радиомодули LRTX-868-XXX на этапе производства

Рис. 2. Радиомодули LRTX-868-XXX на этапе производства

ris_3a_fmt ris_3b_fmt
Рис. 3. Набор разработчика LoRaWAN-устройств

На начальном этапе необходимо провести анализ объема и скорости передаваемых данных разрабатываемого LoRaWAN-устройства. Протокол LoRaWAN имеет ограничения по полезному объему передаваемых данных в одном пакете до 222 байт и скорости до 50 кбит/с [3, 4]. Также важно определить требуемый класс: A или C (таблица 1). Большая часть устройств Интернета вещей передает данные периодически по заданному расписанию, поэтому в сетях LoRaWAN наиболее востребованным является Class A.

Таблица 1. Классы профилей LoRaWAN

Class A Датчики с автономным питанием или устройства без ограничений на задержку передачи данных.
Самый энергоэффективный класс.
Двунаправленная коммуникация.
Сообщения Unicast.
Сеанс связи инициируется конечным устройством.
Сервер передает информацию конечному устройству во время предопределенного окна.
Любое LoRaWAN-устройство должно поддерживать этот класс.
Class C Устройства с постоянным сетевым питанием и передачей данных без задержки.
Двунаправленная коммуникация.
Устройства постоянно прослушивают эфир.

Написание собственного программного обеспечения, соответствующего спецификации LoRaWAN, требует серьезных компетенций и затрат, а создание и тестирование радиотракта на печатной плате – очень специфическая задача. Поэтому профессионалы рекомендуют законченные радиомодули с прошивкой LoRaWAN класса A или C и поддержкой AT-команд, которые позволяют быстро начать разработку. Наличие в серии радиомодулей LRTX-868-xxx с встроенной PCB-антенной и u.FL-разъемом упрощает конструирование высокочастотной части прибора.

Радиомодули LRTX-868-xxx обрабатывают сообщения и МАС-команды, передаваемые по протоколу LoRaWAN, и могут получать управляющие команды от host-устройства, например, микроконтроллера, через последовательный интерфейс UART (рисунок 4). Набор команд LRTX-868-xxx позволяет конфигурировать радиомодуль, запрашивать параметры, инициировать подключение к сети и обмен данными, получать информацию о состоянии радиомодуля.

Рис. 4. Структурная схема радиомодуля LRTX-868-PCB-CAA T Class C

Рис. 4. Структурная схема радиомодуля LRTX-868-PCB-CAA T Class C

Помимо ответов, LRTX-868-xxx может генерировать сообщения о событиях. Эти сообщения могут информировать host-устройство о некоторых изменениях состояния радиомодуля, обусловленных протоколом. Учитывая характер протокола LoRaWAN, эти изменения состояния и соответствующие события могут произойти в любое время. Сообщение о событии может поступить даже в момент обработки команды или в промежутке между отправкой команды и получением ответа на нее. Если событие произошло во время отправки (обработки) команды, то сообщение о событии может быть получено host-устройством до ожидаемого ответа на команду.

После этапа интеграции радиомодуля LRTX-868-xxx на плату с управляющим микроконтроллером или подключения к мосту UART-USB (рисунок 5) для управления от ПК можно переходить к работе в сервисе lar.cloud.

Рис. 5. Радиомодуль LRTX-868-PCB-CAA T, подключенный к мосту UART-USB

Рис. 5. Радиомодуль LRTX-868-PCB-CAA T, подключенный к мосту UART-USB

Рис. 6. Наклейка с глобальным идентификационным номером DevEUI

Рис. 6. Наклейка с глобальным идентификационным номером DevEUI

Лартех Телеком предлагает разработчикам бесплатный доступ к облачному сервису lar.cloud и сети LoRaWAN для тестов. После обращения в службу технической поддержки разработчики получают доступ к аккаунту и перечень радиомодулей. Идентификация LRTX-868-xxx происходит по номеру DevEUI, указанному на наклейке радиомодуля (рисунок 6). DevEUI необходим также для регистрации устройства в сети.

После входа в аккаунт lar.cloud можно приступать к тестам LRTX-868-xxx в сети LoRaWAN. Простейшая рекомендуемая последовательность AT-команд at, atj, att1,07,11223344 позволяет быстро зарегистрировать устройство в сети и передать данные в облако:

at
OK
atj
EV_JOINING
OK
EV_TXSTART
EV_JOINED
att1,07,11223344
OK
EV_TXSTART
EV_TXCOMPLETE,A2
EV_RXCOMPLETE,02,07,44332211

В ответ пользователь lar.cloud может передать данные через сеть LoRaWAN на устройство через специальную командную строку. Все принятые в сети LoRaWAN данные в lar.cloud отображаются в поле frmpayload (рисунок 7). Данные из lar.cloud можно экспортировать в Excel.

Рис. 7. Интерфейс пользователя облачного сервиса lar.cloud

Рис. 7. Интерфейс пользователя облачного сервиса lar.cloud

Рис. 8. Отладочный набор STMicroelectronics с прошивкой LoRaWAN Class C

Рис. 8. Отладочный набор STMicroelectronics
с прошивкой LoRaWAN Class C

Полезной информацией для разработчика будет параметр RSSI – показатель уровня принимаемого сигнала. RSSI позволяет оценить передачу радиосигнала разрабатываемого прибора и выбрать требуемый вариант антенны. Радиомодули LRTX-868-PCB-xxx имеют интегрированную PCB-антенну, изделия LRTX-868-UFL-xxx c u.FL-разъемом позволяют подключить внешнюю антенну любой конфигурации.

Важно отметить, что разработчики не ограничены применением радиомодулей LRTX-868-xxx. Компания Лартех Телеком поставляет наборы, включающие комплект из популярной отладочной платы NUCLEO и радиотрансивера SX1272 производства Semtech [5].

Выбор NUCLEO (рисунок 8) в качестве базового компонента связан с популярностью среди разработчиков микроконтроллеров STM32. Лартех Телеком поставляет NUCLEO с прошивкой, аналогичной LRTX-868-xxx. В результате NUCLEO можно подключать к компьютеру через USB и управлять с помощью набора AT-команд.

Новое поколение микроконтроллеров STMicroelectronics STM32 с ядром Cortex-M0+ удовлетворяет требования LoRaWAN-устройств по объему Flash, RAM и энергопотреблению. Лартех Телеком успешно интегрировал в STM32 протокол LoRaWAN, криптографический модуль и механизм OTAP (Over-The-Air Programming). Новые радиомодули серии LRTX-868-xxx на базе STM32 соответствуют спецификации LoRaWAN Class A и C.

Заключение

Беспроводные сети LoRaWAN распространяются на все большие территории России и всего мира. Между операторами заключаются роуминговые соглашения, что открывает новые возможности для конечных пользователей и производителей LoRaWAN-устройств.

Удовлетворяя требования разработчиков LoRaWAN-устройств, компания Лартех Телеком запустила облачный сервис lar.cloud. Инженеры получили удобный бесплатный инструмент в дополнение к радиомодулям класса A/C и отладочным платам STMicroelectronics.

Сервис lar.cloud развивается. Следующий этап – возможность для разработчиков получать дополнительный визуальный функционал и аналитику данных.

Литература

  1. IoT platforms – Central backbone for the IoT. IoT Analytics GmbH, 2015.
  2. 9 Things to Check Before Choosing Your IoT Platform. EVRYTHNG, 2015.
  3. Руководство разработчика устройств LoRaWAN сети Лартех. www.lar.tech/.
  4. LoRaWAN™ Specification. Version: V1.0. LoRa™ Alliance, 2015.
  5. Databrief. Low-power wireless Nucleo pack with Nucleo-L073RZ and LoRa expansion board. Rev 2. http://www.st.com/.
Поделиться
Похожие записи