AWS IoT Core for LoRaWAN と Dragino LPS8 を利用して LoRaWANネットワークを構築する

はじめに

以下の記事で、LoRaWANゲートウェイである Dragino LPS8 をセットアップし、The Things Network（TTN） に接続する方法について確認しました。

• LoRaWANゲートウェイ Dragino LPS8 のセットアップ方法
• LoRaWANゲートウェイ Dragino LPS8 を使って The Things Network（TTN）と接続する

本記事では、Dragino LPS8 を、AWS IoT Core for LoRaWAN に接続させ、デバイスからLoRaWANネットワークを介して、AWSにデータの送信を行ってみます。

構成

全体の構成は、以下のようになります。

ゲートウェイの要件

LoRaWANゲートウェイが、AWS IoT Core for LoRaWAN に接続するためには、以下のことに対応している必要があります。

• LoRa Basics Station（2.0.4以降）に対応

前準備

IAMロール／ポリシーの作成を行います。
IAMロール／ポリシーの関係を以下に示していますが、IAMポリシーを作成したら、対応するIAMロールでそのポリシーを許可してください。

LoRaWANゲートウェイに設定するロール／ポリシー

AWS IoT Core for LoRaWAN で、ゲートウェイに付与するロール／ポリシーを作成します。

IAMロール：IoTWirelessGatewayCertManagerRole

{
    "Version": "2012-10-17",
    "Statement": [
        {
            "Effect": "Allow",
            "Principal": {
                "Service": "iotwireless.amazonaws.com"
            },
            "Action": "sts:AssumeRole",
            "Condition": {}
        }
    ]
}

IAMポリシー：AWSIoTWirelessGatewayCertManager

こちらは既存で存在しているポリシーになります。
IoTWirelessGatewayCertManagerRole の「許可」でポリシーを追加してください。

LoRaWANメッセージ受信時の転送ロール

AWS IoT Core for LoRaWAN で、ゲートウェイでメッセージをAWSサービスに転送するためのロール／ポリシーを作成します。

IAMロール：LPWAN-DeviceDestinationRole

{
    "Version": "2012-10-17",
    "Statement": [
        {
            "Effect": "Allow",
            "Principal": {
                "Service": "iotwireless.amazonaws.com"
            },
            "Action": "sts:AssumeRole"
        }
    ]
}

IAMポリシー：LPWAN-DeviceDestinationPolicy

{
    "Version": "2012-10-17",
    "Statement": [
        {
            "Effect": "Allow",
            "Action": [
                "iot:Publish"
            ],
            "Resource": "arn:aws:iot:<リージョン>:<AWSアカウントID>:topic/$aws/rules/*"
        },
        {
            "Effect": "Allow",
            "Action": [
                "iot:DescribeEndpoint"
            ],
            "Resource": "*"
        }
    ]
}

LoRaWANメッセージ受信時の転送ロール

IoT Core Rules で、受信したメッセージに対してアクションを行うためのロール／ポリシーを作成します。
ここでは、IoT Core に Publish するための権限を設定していますが、用途に応じて変更してください。

IAMロール：LPWAN-IoTRuleRole

{
    "Version": "2012-10-17",
    "Statement": [
        {
            "Effect": "Allow",
            "Principal": {
                "Service": "iot.amazonaws.com"
            },
            "Action": "sts:AssumeRole"
        }
    ]
}

IAMポリシー：LPWAN-IoTRulePolicy

{
    "Version": "2012-10-17",
    "Statement": {
        "Effect": "Allow",
        "Action": "iot:Publish",
        "Resource": "arn:aws:iot:<リージョン>:<AWSアカウントID>:topic/*"
    }
}

AWS IoT Core for LoRaWAN の設定

AWS IoT Core for LoRaWAN での設定は、複数のコンポーネントが関係します。
以下はイメージですが、おおよそ、このような関係になります。

ゲートウェイの登録

ゲートウェイの登録を行います。

AWS側でのゲートウェイでの設定

ゲートウェイを登録するために必要なEUI（Extended Unique Identifier ）を確認しておきます。
LPS8 では、「LoRaWAN」→「LoRaWAN -- Basic Station」の画面で確認できます。

次に、AWSコンソールにログインし、AWS IoT Core for LoRaWAN の画面を開き、ゲートウェイの追加を行います。

ゲートウェイの設定を入力します。

• 「ゲートウェイのEUI」は、先ほど確認したEUIを指定してください。
• 「周波数帯」は、「AS923-1」 を選択してください。

ゲートウェイの証明書やエンドポイントの情報を確認し、ダウンロードしておきます。
これらの情報は、失くさないように保存しておいてください。

• 「ゲートウェイ証明書」の内容で、「証明書を作成」 ボタンを押下し、ダウンロードします。
• 「認証情報のプロビジョニング」の内容で、「CUPSエンドポイント」「LNSのエンドポイント」 の情報を、コピーして保存しておきます。
• 「認証情報のプロビジョニング」の内容で、「サーバー信頼証明書をダウンロード」 ボタンを押下し、ダウンロードします。
• 「ゲートウェイのアクセス許可」では、前準備で作成した 「IoTWirelessGatewayCertManagerRole」 ロールを指定してください。

この内容で、ゲートウェイの登録を行います。

LSP8側での設定

次に、LSP8側で、AWS側と連携するための設定を行います。
LPS8 で、「LoRaWAN」→「LoRaWAN -- Basic Station」の画面を開いてください。

AWS側でダウンロードやコピーした情報を指定します。

• Service Provider の項目で、「Amazon IoT -- Basic Stion」 を選択してください（※「Stion」となっているのは「Station」の誤字だと思いますが）。
• 「CUPS URI」の項目は、AWS側でコピーした 「CUPSエンドポイント」 の値を指定してください。
• 「LNS URL」の項目は、AWS側でコピーした 「LNSのエンドポイント」 の値を指定してください。
• AWS側でダウンロードしたファイルを、それぞれ、アップロードします。
  • CUPS strust ・・・ サーバー信頼証明書の「cups.trust」
  • LNS trust ・・・ サーバー信頼証明書の「lns.trust」
  • Private key ・・・ ゲートウェイ証明書の「xxxxxx.private.key」
  • Cert pem ・・・ ゲートウェイ証明書の「xxxxxx.cert.pem」

この状態で、「Save&Apply」 ボタンを押下してください。
この設定に切り替わると、「Current Mode」の部分に 「Basic Station -- AWS」 と表示されます。

ゲートウェイの接続確認

両方のゲートウェイの設定が完了したら、AWSコンソールの以下の詳細画面で内容を確認できます。
ゲートウェイ本体の電源がONになっており、接続が確認できたら、接続ステータスの部分が 「Connected」 になっていることを確認してください。

プロファイルの設定

デバイス共通となる設定内容を、プロファイルとして設定することができます。
AWS IoT Core for LoRaWAN では、「デバイスプロファイル」と「サービスプロファイル」の2つが存在します。

デバイスプロファイル

まず最初に、デバイスプロファイルを登録します。

デバイスプロファイルでは、以下のように設定を行います。

• 「デフォルトのプロファイルを選択してカスタマイズ」で 「AS923-1 - A」 を選択します。
  • これは日本において利用できる周波数帯であるAS923-1と、デバイス側がクラスAに対応しているプロファイルを示しています。
  • 利用するデバイスによって、適宜指定してください。
• 「デバイスプロファイル名」は、任意の名前を指定してください。
• 「周波数帯」は、日本で利用する場合は、原則 「AS923-1」 を指定してください。
• 「MACバージョン」は、、デバイス側で対応しているLoRaWANのバージョンを指定してください。特に指定がない場合は 「1.0.3」 を指定してください。
• 「リージョン別パラメータバージョン」は、デバイス側で対応している内容を指定してください。特に指定がない場合は 「RP002-1.0.1」 を指定してください。
• 「MaxEIRP」は、デバイスの電波の電力の強さを示します。ここでは 「15」 を指定しておきます。

サービスプロファイル

次に、サービスプロファイルを登録します。

サービスプロファイルでは、以下のように設定を行います。

• 「サービスプロファイル名」は、任意の名前を指定してください。
• 「AddGWMetaData」が、ONになっていることを確認してください。
  • このパラメータをONにすると、各デバイスのデータ受信時に、RSSIやSNRといった電波状況を示すメタデータも付与されます。

登録が完了すると、以下のようになります。

送信先の設定

デバイスから、メッセージが届いた際の送信先を登録します。

送信先では、以下のように設定を行います。

• 「送信先名」は、任意の名前を指定してください。ここでは 「LoRaWAN_TestDestination」 とします。

  • 分かりやすい名前を付けておいてください。

• 「ルール名を入力」を選択し、任意の名前を指定してください。ここでは 「LoRaWAN_TestIoTRule」 とします。

  • ただし、この名前は後でIoT Ruleで使用される名前になるため、ルールを想定した名前にしておくと良いです。

• ロールは、前準備で作成した 「LPWAN-DeviceDestinationRole」 を選択します。

  • 「ロールにポリシーをアタッチ」を選択すると、この送信先に応じたIAMポリシーが自動作成され、指定されたIAMロールに追加されます。

登録が完了すると、以下のようになります。

IoT Rule の設定

受信したメッセージの処理を行う、IoTルールの登録を行います。

IoTルール名を指定します。

※注意※
ここでは、送信先で指定したルール名と合わせてください。

IoTルールでは、SQL構文が利用できます。
ここでは、受信したメッセージに対して、タイムスタンプを追加するように、以下のSQLを指定します。

SELECT *, timestamp() as timestamp

IoTルールのアクションを設定します。
ここでは、IoT Core に、MQTTメッセージとして再Publishするようにします。
アクションは、複数定義することも可能です。

• アクションで、 「Republish to AWS IoT topic」 を選択します。
• 送信先のトピックは、 「test/lorawan/messages」 とします。
• ロールは、前準備で作成した 「LPWAN-IoTRuleRole」 を選択します。

定義内容を確認し、IoTルールを作成します。

LoRaデバイスの設定

LoRaWANゲートウェイに接続される、LoRaデバイスの登録を行います。

デバイスは、以下のように設定を行います。

• LoRaWAN仕様とワイヤレスデバイス設定
  • 「ワイヤレスデバイスの仕様」では、「OTAA v1.0.x」 を指定します。
    • ABP方式の指定も可能です。デバイスに合わせて指定してください。
  • 「DevEUI」「AppKey」「AppEUI」は、デバイスで指定されている固有のIDを指定してください。
  • 「ワイヤレスデバイス名」は、任意の名前を指定してください。
• プロファイル
  • 事前に作成したプロファイルを指定します。
  • 「ワイヤレスデバイスプロファイル」は、「AS923-1-A-OTAA」 を選択します。
  • 「サービスプロファイル」は、「Default service profile」 を選択します。
• 送信先
  • 事前に登録した送信先を指定します。
  • 「送信先名」は、「LoRaWAN_TestDestination」 を選択します。

位置情報の管理も可能ですが、今回は行わないので、スキップします。
「デバイスを追加」ボタンを押下すると、デバイスの登録が完了します。

これで、LoRaWANデバイスの登録が完了しました。

デバイスの詳細画面を確認し、「デバイストラフィック」のタブで、ゲートウェイなどの情報が表示されていれば、接続できていることが確認できます。
接続が確認できない場合、LoRaWANデバイスとLoRaWANゲートウェイの接続状況や、AWS側での設定を確認してください。

デバイスからのメッセージ受信

今回、デバイスからメッセージを受信すると、IoT Core に、MQTTメッセージがPublishされる設定にしています。
そのため、IoT Core のMQTTテストクライアントから、メッセージを確認しています。

IoTルールで指定したMQTTトピック設定を確認し、メッセージをSubscribeできるように設定します。
デバイスからメッセージを送信すると、以下のように、メッセージが確認できました。

いろいろなパラメータが確認できますが、いくつか重要なパラメータを以下に示します。

パラメータ	説明
PayloadData	デバイスから送信されたデータ（ペイロード）をBase64でエンコードした値
WirelessMetadata.FPort	デバイスが使用する FPort
WirelessMetadata.LoRaWAN.DevEui	送信元のデバイスのEUI
WirelessMetadata.LoRaWAN.Gateways	送信元のゲートウェイの情報

まとめ

AWS IoT Core for LoRaWAN と LoRaWANゲートウェイ LPS8 を使って、LoRaWANネットワークの処理が確認できました。
設定項目は多いですが、複数デバイスも一括で管理することが可能です。

また、メッセージ受信時の処理は、IoTデバイスがMQTTでメッセージングするときと同様に、IoTルールに集約できるので、受信したメッセージの処理も、他のAWSサービスに簡単に連携することができます。

参考情報

• AWS IoT Core for LoRaWAN デベロッパーガイド
• AWS IoT Core for LoRaWAN【AWS Black Belt】（2023/02/02）
• TTN V3対応最新版LoRaWANゲートウェイLPS8-JP日本語マニュアル
• LoRaWAN 対応温度・湿度センサ LHT65 ユーザーマニュアル