In diesem Artikel geht es um die Funktionsweise des LoRaWAN UDP Packet Forwarders. Es ist eine von Semtech entwicklete Software auf dem LoRaWAN Gateway, welche es ermöglicht, Datenpakete effizient mit dem Netzwerkserver über das Protokoll UDP auszutauschen. Mit einem speziellen C++ Beispielcode, welcher als UDP Packet Listener auf Port 1700 Daten von einem Gateway entgegennimmt, können die empfangenen Datenpakete angezeigt werden. Mit diesem Beispiel ist es möglich, die genaue Arbeitsweiße vom Semtech Packet-Forwarder näher zu analysieren und man kann sich dadurch einen tiefen Einblick in die Welt von LoRaWAN verschaffen.

Das Gateway

Für dieses Beispiel wird ein MikroTik LR8 LoRaWAN Gateway verwendet. Auf dem MikroTik LR8 ist der UDP Packet Forwarder standardmäßig installiert, welcher als Schnittstelle zwischen dem Gateway und dem LoRaWAN-Netzwerkserver fungiert. Das LoRaWAN Gateway arbeitet bidirektional, was bedeutet, dass es Daten sowohl vom Endgerät empfängt und über den Packet Forwarder an den LoRaWAN-Netzwerkserver sendet, als auch umgekehrt. Der Netzwerkserver kann das Gateway ansprechen und Datenpakete über das Gateway an seine Endgeräte senden. Für dieses Beispiel wird dem LoRaWAN Gateway eine eindeutige, leicht erkennbare ID (Gateway EUI) zugewiesen: AA AA AA AA AA AA AA FF. Diese ID ist bei der Analyse der Rohdaten sofort erkennbar und entsprechend einfach nachzuverfolgen.

Rohdatenanalyse

Wird ein einfacher UDP-Listener auf Port 1700 auf einem Computer oder Server gestartet und die IP-Adresse im Gateway eingetragen, bekommt der Listener meist mehrmals pro Minute einen Datensatz zugesendet. Lässt man sich diese Daten im Klartext anzeigen, erscheinen zunächst einige "kryptische" Zeichen, bevor lesbare Informationen im JSON-Format sichtbar werden. Die lesbaren JSON-Daten enthalten Informationen, über den Zustand vom Gateway oder stellen ein empfangenes LoRaWAN-Paket dar. Zuvor wird jedoch ein Blick auf die "kryptischen" Zeichen geworfen, wie sie im folgenden Bild zu sehen sind:

Die hier nicht lesbaren Zeichen haben immer eine bestimmte Länge von 12 Byte. Wandelt man diese in Hexadezimal um, so wird die zuvor vergebene Gateway-EUI und weitere Hexadezimale Zeichen sichtbar:

Byte 0 bis Byte 11 werden immer vor jeder JSON-Nachricht übertragen und teilweise werden auch Pakete gesendet, die nur aus diesen 12 Bytes bestehen. Die GatewayEUI besteht aus 8 Bytes (Byte 4 - 11), die Bytes setzten sich wie folgt zusammen:

Dieses Beispiel verwendet die Protokoll-Version 2. Jede Nachricht von einem Gateway hat einen zufälligen Token bestehend aus zwei Bytes. Antwortet der Netzwerkserver dem Gateway auf eine Nachricht, so werden genau diese zwei Bytes wieder zurückgesendet, was dem Gateway eine Zuordnung der Nachricht ermöglicht. Meist wird dies für Empfangsbestätigungen verwendet.

Die 5 Nachrichten-Typen (Identifiers) :

JSON ab Byte 12

Die ersten 12 Bytes in Hexadezimal stehen immer vor jeder JSON-Nachricht, egal ob vom Gateway zum Netzwerkserver gesendet wird, oder umgekehrt. Weitere Details zum Aufbau von JSON-Nachrichten gibt es im nächsten Artikel: [Erscheint am 25.12.2024]