結(jié)構(gòu)概述

• 2 個（或更多）B-L072Z-LRWAN1 LoRa 套件在 IoT-LAB 測試臺上運行
• 物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施
• 一個簡單的網(wǎng)關(guān)（或透明橋），由Python 實現(xiàn)，用于從 TTN 基礎(chǔ)設(shè)施收集數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到谷歌云平臺；
• 谷歌云平臺，提供Cloud IoT 核心和Pub/Sub API，用于管理連接、設(shè)備以及與 Web 應(yīng)用程序交換的消息；
• 使用nodejs + express和一些其他相關(guān)框架構(gòu)建的 web 應(yīng)用程序；
• 用于存儲的Mongodb NoSQL 數(shù)據(jù)庫程序；

注意：我的github上提供的代碼適用于我的個人 google 帳戶上的憑據(jù)。我沒有上傳密鑰，如果你想運行它，你需要自己設(shè)置。

IoT-LAB簡介

IoT-LAB 是一個開放的測試平臺，它提供了一個非常大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施，適用于測試小型無線傳感器設(shè)備和異構(gòu)通信對象。

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它具有分布在法國六個不同地點的 1500 多個無線傳感器節(jié)點。節(jié)點既可以是固定的，也可以是移動的，并且可以在所有站點中以各種拓?fù)溥M(jìn)行分配。有多種無線傳感器可用，具有不同的處理器架構(gòu)和不同的無線芯片。

由于我們沒有兼容 LoRa 的硬件，因此使用測試平臺是在真實硬件上進(jìn)行測試的最佳選擇。

LoRaWAN 技術(shù)

LoRaWAN? 規(guī)范是一種低功耗、廣域 (LPWA) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，旨在將電池供電的“事物”無線連接到區(qū)域、國家或全球網(wǎng)絡(luò)中的互聯(lián)網(wǎng)，并針對關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng) (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(wù)。它定義了網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)，而 LoRa 物理層則支持遠(yuǎn)程通信鏈路。

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LoRaWAN? 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點是異步的，當(dāng)它們準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)時進(jìn)行通信，無論是事件驅(qū)動的還是調(diào)度的，避免了同步網(wǎng)絡(luò)典型的電池消耗。此外，為了優(yōu)化各種終端應(yīng)用配置文件，LoRaWAN? 使用不同的設(shè)備類別。設(shè)備類別權(quán)衡網(wǎng)絡(luò)下行鏈路通信延遲與電池壽命。

LoRaWAN? 利用兩層安全性：一層用于網(wǎng)絡(luò)，一層用于應(yīng)用程序。網(wǎng)絡(luò)安全確保網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的真實性，而應(yīng)用安全層確保網(wǎng)絡(luò)運營商無權(quán)訪問最終用戶的應(yīng)用數(shù)據(jù)。AES-128 加密與使用 IEEE EUI64 標(biāo)識符的密鑰交換一起使用。

TheThingsNetwork 概述和設(shè)置

The Things Network 是 LoRa Alliance? 的貢獻(xiàn)者成員，LoRa Alliance? 是一個由 500 多家成員公司組成的非營利性協(xié)會，致力于通過開發(fā)和推廣低功耗廣域網(wǎng) (LPWAN) 物聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)大規(guī)模部署。 LoRaWAN? 開放標(biāo)準(zhǔn)。

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網(wǎng)關(guān)構(gòu)成了設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)之間的橋梁，而物聯(lián)網(wǎng)的后端系統(tǒng)負(fù)責(zé)在設(shè)備和應(yīng)用程序之間路由物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。事實上，諸如 LoRaWAN? 之類的非 IP 協(xié)議需要某種形式的路由和處理，然后才能將消息傳遞到應(yīng)用程序。

TTN 和網(wǎng)橋設(shè)置

Things Network Web 界面使這些步驟變得非常簡單：

• 首先，訪問https://www.thethingsnetwork.org/并創(chuàng)建一個帳戶；
• 轉(zhuǎn)到控制臺并向您的 TTN 帳戶添加一個新應(yīng)用程序，如果您需要更多信息，請使用此鏈接https://www.thethingsnetwork.org/docs/applications/add.html
• 現(xiàn)在，在您的 TTN 應(yīng)用程序中為您要使用的每個板注冊一個新設(shè)備。保留默認(rèn)的其他空中激活 (OTAA) 程序。您唯一必須設(shè)置的是設(shè)備 EUI，讓應(yīng)用程序為您生成其他參數(shù)。如果您需要幫助，請看這里：https ://www.thethingsnetwork.org/docs/devices/registration.html

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第一步完成了！是時候設(shè)置網(wǎng)關(guān)了。我假設(shè)您已經(jīng)閱讀了第一篇文章“云平臺設(shè)置”部分的說明，那么：

• 同樣這一次，網(wǎng)關(guān)被谷歌云平臺識別為簡單設(shè)備，因此您需要將其添加到之前創(chuàng)建的設(shè)備集中。這里刷新如何做到這一點：https://cloud.google.com/iot/docs/how-tos/devices?authuser=1;
• 將 root.pem 證書的副本（之前生成的）放在devices_RIOT/gateway文件夾中（或簡單地更改所有路徑）；
• TTN 使用 AES-128 對稱加密，這意味著這一次您需要為對稱密鑰存儲一個簡單的字符串。您可以簡單地將其作為純文本保存在變量中，以便查看您的代碼的任何人都可以閱讀它！讓我們做一些更安全的事情。在devices_LoRa/gateway文件夾中創(chuàng)建一個ttn_password.txt文件，然后從 TTN 控制臺復(fù)制并粘貼密碼，如上圖所示。
• 恭喜，你找到了關(guān)鍵，現(xiàn)在，就像我們已經(jīng)做了很多次一樣，讓我們??在 gateway_LoRa.py 文件的頂部更改 Google 的設(shè)置：

# SETUP
project_id = 'your_project_ID'
registry_id = 'your_register_ID'
cloud_region = 'your_region'
device_id = 'your_device_ID'
sub_topic = 'your_topic'

• 最后，運行它：

python gateway_LoRa.py

物聯(lián)網(wǎng)實驗室設(shè)置

首先，您必須設(shè)置對 IoT-LAB 服務(wù)器的ssh訪問權(quán)限。這些步驟都很簡單，IoT-LAB 教程做的很好，所以我直接給你留了文檔鏈接。https://www.iot-lab.info/tutorials/ssh-access/。

現(xiàn)在，我們已準(zhǔn)備好進(jìn)行設(shè)置：

• 首先，建立到 Saclay 站點主機(jī)的 ssh 連接：

my_computer$ ssh @saclay.iot-lab.info

是您的帳戶 ID，可以在個人資料頁面上找到

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• 連接后，在主文件夾中克隆 RIOT Github 存儲庫：

@saclay:~$ git clone https://github.com/RIOT-OS/RIOT.git

• 創(chuàng)建并切換到一個新目錄（例如“mycode”）：

@saclay:~$ mkdir

@saclay:~$ cd

• 是時候上傳代碼了。打開一個新終端，然后轉(zhuǎn)到devices_LoRa/device并“安全復(fù)制”所有文件：

my_computer$ scp main.c @saclay.iot-lab.info:

my_computer$ scp Makefile @saclay.iot-lab.info:

my_computer$ scp Makefile.ci @saclay.iot-lab.info:

• 由于 RIOT 不支持 SSH 前端默認(rèn)安裝的 arm GCC 版本，我們需要提供一個新版本：

@saclay:~/mycode$ export PATH=/opt/gcc-arm-none-eabi-7-2018-q2-update/bin:$PATH

• 然后驗證您是否擁有正確的 GCC 版本：

@saclay:~/mycode$ arm-none-eabi-gcc --version

• 讓我們編譯，運行：

@saclay:~/mycode$ make clean all

• 現(xiàn)在我們有了程序的可執(zhí)行和可鏈接格式（.elf），是時候在 IoT-LAB 測試平臺上開始新的實驗了。登錄并提交實驗：

@saclay:~/mycode$ iotlab-auth -u

@saclay:~/mycode$ iotlab-experiment submit -n -d -l , archi=st-lrwan1:sx1276+site=saclay

我知道，我們都希望復(fù)制和粘貼所有這些命令，避免鍵入它們。但是，在這種情況下，請記住設(shè)置實驗名稱、時間和節(jié)點數(shù)。

• 上一步會返回一個id，注意，一定要保存好，不然丟了就需要重啟一切！！或許不是，你很幸運，你可以隨時在網(wǎng)站上的“我的實驗”下查看它。但是，這不是您需要的唯一 ID，而是一個新的 ID，即與您的實驗相關(guān)聯(lián)的節(jié)點的數(shù)量/數(shù)量。要找到它，只需運行：

@saclay:~/mycode$ iotlab-experiment get -i -r

• 完美，此時，我們已經(jīng)編譯了代碼并運行了一個實驗。讓我們在 B-L072Z-LRWAN1 LoRa 套件上刷寫可執(zhí)行文件：

@saclay:~/mycode$ iotlab-node --update bin/b-l072z-lrwan1/device_LORA.elf -l saclay,st-lrwan1,

記得輸入正確的節(jié)點號！

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在 IoT-lab 上運行設(shè)備

節(jié)點正在運行，現(xiàn)在您可以使用 Netcat 訪問每個節(jié)點，每個終端窗口一個：

@saclay:~/mycode$ nc st-lrwan1- 20000

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如果由于任何原因，設(shè)備出現(xiàn)任何類型的問題，請轉(zhuǎn)到您的 IoT-lab 頁面，找到實驗和節(jié)點，然后重新啟動它，如下圖所示。

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現(xiàn)在，轉(zhuǎn)到 TTN Web 控制臺上的“應(yīng)用程序 > appID > 設(shè)備 > 設(shè)備 ID”并獲取設(shè)備 EUI、應(yīng)用程序 EUI 和應(yīng)用程序密鑰信息。因此，在運行的設(shè)備上，將它們設(shè)置為 RIOT 固件：

> loramac set deveui your_EUI
> loramac set appeui your_EUI
> loramac set appkey your_key

為避免問題也設(shè)置數(shù)據(jù)速率，IoT-LAB 在其網(wǎng)站上建議值為 5：

> loramac set dr 5

最后，加入網(wǎng)絡(luò)：

> loramac join otaa

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現(xiàn)在，您可以使用我們在之前分配中使用的相同命令來開始自主發(fā)送消息：

> start ...

新儀表板

舊儀表板非常簡單，因此我決定進(jìn)行一些更改并添加新功能。

首先，我決定重組數(shù)據(jù)庫，它現(xiàn)在為每種遙測類型提供一個不同的架構(gòu)，并為設(shè)備提供一個新架構(gòu)。因此，每個設(shè)備都有一組對遙測的引用，它使用 deviceId 作為外鍵。大大減少了檢索時間并增加了系統(tǒng)的一般可擴(kuò)展性。

它現(xiàn)在可以識別需要連接的新設(shè)備并直接添加它們。此外，每當(dāng)有新消息時，主頁上不僅會顯示遙測值，還會顯示設(shè)備的身份。

總之，為了提供令人愉悅的視覺界面，我添加了一些彩色圖表來顯示最后一小時的值，而舊值和以前一樣顯示在列表中。

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結(jié)論

該應(yīng)用程序現(xiàn)在能夠從虛擬設(shè)備、使用 MQTT-SN 協(xié)議的 RIOT-OS 設(shè)備以及使用 LoRaWAN? 的新實現(xiàn)中檢索數(shù)據(jù)。此外，借助新的儀表板和新的彩色圖表，任何人都可以體會到使用物聯(lián)網(wǎng)“事物”收集數(shù)據(jù)的美麗程度。

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