TEKTELICの組み込み型LNSゲートウェイが完全ローカルLoRaWAN®ネットワークを実現する方法

適切なLoRaWAN®アーキテクチャを選択することは、特にフルクラウドベースまたは集中型ネットワークサーバーを必要としない導入においては、困難な場合があります。ビル管理者から産業施設、遠隔地まで、多くの組織が、安定したバックホール接続がなくても動作する、自己完結型でローカルかつ安全なLoRaWANネットワークを求めています。

まさにそこが TEKTELIC KONA 組み込み型LNSゲートウェイ 価値が高まります。LoRaWANネットワークサーバー全体をゲートウェイに直接組み込むことで、ユーザーは完全にプライベートなLoRaWANネットワークを組み込みの統合ツールで実行できるようになります。 BACnet、Modbus TCP、REST API、MQTT, ノード-RED。

これが実際に何を意味するのか、そしてローカルLoRaWANネットワークが適切な選択肢となるのはどのような場合なのかを理解していただくために、この記事では組み込み型LNSゲートウェイの仕組み、最適な設置場所、そして建物、産業、企業システムとの統合方法について説明します。

製品概要

その TEKTELIC KONA 組み込み LNS ゲートウェイ は、TEKTELICのKONAシリーズゲートウェイに直接統合された、強力で自己完結型のLoRaWAN®ネットワークサーバーソリューションです。外部ネットワークサーバーへの接続を必要とせず、完全に機能するプライベートLoRaWANネットワークを提供するように設計されています。そのため、スマートビルディング、産業オートメーションシステム、遠隔施設など、接続性や集中管理が制限されている、または不要な環境でのスタンドアロン展開に最適なソリューションです。このゲートウェイは、フル機能のLoRaWANネットワークサーバー（LNS）、Webベースのデバイス管理インターフェース、プロトコル統合機能、およびアプリケーションサーバーを、コンパクトで効率的な1つのデバイスに統合しています。

理想的な使用例

TEKTELIC KONA Embedded LNS Gatewayは、自己完結型のエッジ管理型LoRaWANネットワークが求められる様々なアプリケーションをサポートするように設計されています。これには、BACnetベースのBMSシステムに依存するスマートビルディングの展開、Modbus TCPを利用する産業環境、エンタープライズサーバーやWebとの統合を必要とするカスタムIoTインストールなどが含まれます。集中型インフラストラクチャから独立して動作できるため、エアギャップ環境やプライバシーが重視される展開に最適です。また、Node-REDとの統合により、複雑な自動化ワークフローへの適応性も確保されています。

組み込みLNSを備えたスタンドアロンLoRaWANネットワーク

組み込みLNSゲートウェイを使用すると、ユーザーはローカルで完全なLoRaWANネットワークを作成および管理できます。 KONA Linkウェブインターフェースこれにより、ユーザーはデバイスを簡単にプロビジョニングおよび管理できます。デバイスのプロビジョニングは、LoRaWANの地域設定、MACアドレスと地域パラメータのバージョン、ネットワーク参加方法（OTAAまたはABP）などの重要な通信パラメータを定義するデバイスプロファイルを使用して効率化されます。これらのプロファイルには、表示または下流処理のためにデバイスデータをエンコードおよびデコードするペイロードコーデックの定義も含まれています。ユーザーは、プリインストールされているデバイスプロファイルから選択するか、カスタムデバイスプロファイルをインストールするか、サードパーティ製デバイス用にカスタムプロファイルを手動で作成できます。

デバイスプロファイル管理は、柔軟性と包括性を兼ね備えています。一般的な展開では、事前定義されたテンプレートにより、LoRaWAN デバイスの迅速な導入が可能になります。あまり一般的でないデバイスや特殊なデバイスの場合は、新しいプロファイルを手動で作成できます。 コナリンク インターフェースとして、またはゲートウェイにパッケージとしてインストールされます。これらのプロファイルには、LoRa Alliance Payload Codec API標準に準拠したカスタムペイロードコーデックを含めることができ、異なるシステム間でのデバイスデータ解釈の再利用と標準化を可能にします。

LNSウェブインターフェースには、高度な設定ツールも用意されています。ユーザーは、周波数やチャネル構成などの設定を微調整して、特定の地域規制や展開環境に適応させることができます。 アダプティブ データ レート (ADR) ネットワークパフォーマンスのニーズに応じて、有効化または無効化できます。さらに、LoRaWANトラフィックのリアルタイム監視により、ユーザーはデバイスの動作やメッセージフローを観察し、トラブルシューティングや分析を行うことができます。また、ファームウェアの変更やセンサーペイロードの現場での変更を反映させるために、コーデックを変更または更新することも可能です。

デバイスのプロビジョニングと設定が完了すると、組み込みLNSは、イベント駆動型アプリケーション向けのビジュアルプログラミングツールであるNode-REDを使用して、外部システムとシームレスに統合されます。LoRaWANアップリンクメッセージは、MQTTまたはHTTPプロトコルを使用してサードパーティプラットフォームに転送でき、エンタープライズサーバー、ビル管理プラットフォーム、またはカスタムダッシュボードへのデータフローを容易にします。ダウンリンクメッセージはNode-RED内で生成され、組み込みLNSを介してデバイスにプッシュバックされます。

BACnet IPによるビル管理システムの統合

組み込みLNSゲートウェイには、 BACnet IPサーバーこれにより、BACnetベースのビル管理システム（BMS）とのシームレスな統合が可能になります。この機能は、確立されたプロトコルを介して環境センサーを監視および制御することが重要なスマートビルディングアプリケーションにおいて特に価値があります。BACnetは、HVAC、照明、エネルギー、セキュリティシステムなど、商業ビルや産業ビルで広く使用されており、組み込みLNSゲートウェイは、LoRaWANデバイスとこれらのBACnetエコシステム間の橋渡し役を果たします。

スルー KONA Linkインターフェースユーザーは、BACnetサーバーを有効にし、BACnetネットワークにおけるゲートウェイの表現として機能するBACnetデバイスオブジェクトを設定できます。このインターフェースは、LoRaWANペイロードフィールドを特定のBACnetオブジェクトにマッピングするためのツールを提供します。一般的に使用されるデバイスは、アップリンクフィールドを認識可能なBACnetパラメータに自動的に変換する事前設定済みのマッピングを利用できます。その他のデバイスについては、手動設定により柔軟性と互換性が確保されます。

LoRaWANペイロードの各フィールドはBACnetオブジェクトにマッピングされ、建物のシステムがセンサーデータをリアルタイムで解釈できるようになります。アップリンクでサポートされているBACnetオブジェクトタイプには、アナログ入力、バイナリ入力、文字列値、マルチステート値があります。たとえば、LoRaWANメッセージの温度フィールドは、HVAC制御のためにBACnetのアナログ入力にマッピングできます。単位、値の増分による変更、優先度配列などのプロパティは、それらをサポートするオブジェクトで構成できます。逆に、ダウンリンク操作は、アナログ値、バイナリ値、文字列値、オクテット文字列などのBACnet制御オブジェクトを対応するLoRaWANダウンリンクフィールドにマッピングすることでサポートされます。複雑なペイロード構造はオクテット値オブジェクトを介して処理され、バイナリエンコーディングは TEKTELIC社のKONA Atlasツール互換性と動作精度を確保する。

Modbus TCPによる産業システム統合

産業オートメーション環境において、組み込みLNSゲートウェイは以下をサポートします。 Modbus TCP 内蔵のModbus TCPサーバーを使用した統合。これにより、ゲートウェイはプログラマブルロジックコントローラー（PLC）、SCADAシステム、および製造業、公益事業、プロセス制御環境で一般的に見られるその他のModbusベースのインフラストラクチャに直接接続できます。

Modbus TCPサーバーの設定とセットアップは、KONA Linkウェブインターフェースを通じて行います。このインターフェースでは、Modbusサービスを有効にし、通信に使用するTCPポートを指定できます。このアプローチにより、インテグレーターは単一の管理インターフェースからLoRaWAN、Modbus、およびデバイスマッピングのアクティビティを管理できるため、試運転が簡素化されます。Modbusサーバーが有効になると、ゲートウェイは産業ネットワーク上でModbusデバイスとして検出可能になり、接続されたPLCやその他の監視システムにレジスタデータを提供できるようになります。

KONA Linkは、LoRaWANアップリンクフィールドをModbusレジスタに関連付けることができる包括的なマッピングインターフェイスも提供します。デバイスプロファイルテンプレートがプリインストールされているデバイスには、デフォルトのModbusマッピングが含まれているため、 TEKTELICセンサー 最小限の設定で動作させることができます。サードパーティ製のLoRaWANデバイスの場合、ユーザーはマッピングエントリを手動で作成し、各ペイロードフィールドをModbusレジスタ空間内でどのように表現するかを定義できます。これには、適切なModbusオブジェクトタイプの指定と、各ペイロードパラメータを対応するレジスタに関連付けることが含まれます。

設定を簡素化し、アドレスの競合を防ぐため、組み込みLNSゲートウェイは各マッピングのレジスタアドレスオフセットを自動的に計算します。これにより、ユーザーによる手動管理を必要とせずに、Modbusサーバー全体でレジスタ割り当てが一意に保たれます。マッピングが追加、削除、または変更されると、ゲートウェイはレジスタレイアウトをリアルタイムで管理し、システムメンテナンスを容易にし、エラーの可能性を低減します。

書き込み可能なレジスタを使用することで、産業用制御システムはLoRaWANデバイス上でアクションをトリガーできます。PLCが書き込みアクセス権を持つマッピングされた保持レジスタまたはコイルに書き込むと、ゲートウェイはその書き込みイベントを自動的にLoRaWANダウンリンクに変換します。これにより、産業用システムはLoRaWANフィールドデバイスのアクチュエータをリモート制御したり、出力を切り替えたり、構成パラメータを更新したりできます。例えば、リレーの作動、バルブ位置の調整、センサーのレポート間隔の変更などが挙げられます。Modbus書き込みとLoRaWANダウンリンクアクションのこの密接な連携により、従来の産業オートメーションプラットフォームと最新のIoTセンサーネットワークとの間で、スムーズでイベント駆動型のインタラクションが可能になります。

Modbusとの統合により、産業システムにおけるIoTセンサーデータのリアルタイムでの可視化と制御が可能になり、クラウド接続やサードパーティ製ゲートウェイを必要とせずに、高度な監視および自動化のユースケースを実現できます。

Node-REDを介した外部システムとの柔軟な統合

BACnetとModbus以外にも、組み込みLNSゲートウェイは、内蔵の ノード-RED 環境にも適応します。これにより、このデバイスは非常に汎用性が高く、さまざまな企業やIoT導入シナリオに対応できます。

MQTTベースのシステムの場合、組み込みLNSは外部MQTTブローカーにメッセージをパブリッシュおよびサブスクライブするクライアントとして機能します。TEKTELICは、LoRaWANメッセージをMQTTトピックに接続してルーティングする方法を示すNode-REDフローの例を提供しており、クラウドサービス、ホームオートメーションシステム、データ分析プラットフォームとの容易な統合を可能にします。

HTTP統合もサポートされており、ゲートウェイはLoRaWANペイロードを外部HTTPサーバーに送信できます。アップリンクメッセージから関連データを抽出し、HTTP POSTリクエストを介してリモートサーバーに送信する方法を示すサンプルNode-REDフローが付属しています。この柔軟性により、開発者やインテグレーターは、ほぼあらゆるITまたはIoTアーキテクチャに合わせてゲートウェイの動作をカスタマイズできます。

REST API を介したビル管理システムの統合

BACnet統合に加えて、組み込みLNSゲートウェイは、 ネイティブREST APIこれにより、ゲートウェイとビル管理システム（BMS）間のHTTPベースの直接通信が可能になります。BMSは、BACnetなどの従来のプロトコル変換レイヤーを必要とせずにLoRaWANネットワークと連携できるため、より効率的な統合パスが実現します。

BMS内にHTTPクライアントを構築し、それを組み込みLNS上でホストされているREST APIに接続することで、システムインテグレーターはよりネイティブなLoRaWANエクスペリエンスを設計できます。BMSは、標準HTTPリクエストを介してセンサーデータに直接アクセスし、デバイスの状態を監視し、LoRaWANデバイスにダウンリンクコマンドを発行できます。これにより、開発者はゲートウェイの内部機能と直接連携するカスタムダッシュボード、制御ロジック、または自動化スクリプトを構築できます。

このアプローチの利点の1つは、各組み込みLNSゲートウェイが独立したLoRaWANネットワークとして動作しながらも、中央のBMSからHTTPクライアントを介して完全に管理可能であることです。これにより、BMS内での制御と可視性が一元化され、施設管理者にとって運用が簡素化され、設定の複雑さが軽減されます。

結論

TEKTELIC KONA Embedded LNS Gatewayは、ローカルなLoRaWAN展開向けに、強力で汎用性が高く、コスト効率に優れたソリューションを提供します。組み込みネットワークサーバー、堅牢なデバイス管理ツール、BACnetやModbusなどの業界標準プロトコルへのネイティブサポートにより、迅速な導入と既存の制御システムへの緊密な統合を実現します。Node-REDの搭載により、外部ミドルウェアを必要とせずに高度にカスタマイズされたロジックとデータルーティングが可能になり、機能がさらに拡張されます。ネイティブREST APIの追加により、最新のビル管理システムとの統合がさらに容易になり、分散型で堅牢なゲートウェイ運用を維持しながら、制御を一元化できます。プライベートIoTネットワークの展開を検討しているインテグレーター、ソリューション開発者、オペレーターにとって、Embedded LNS Gatewayは、要求の厳しい実環境への展開に対応した直感的なプラットフォームを提供します。

建物、工場、または遠隔施設向けにローカルLoRaWAN®ネットワークの導入をご検討されている場合は、弊社チームが最適なアプローチをご提案いたします。TEKTELICまでお問い合わせいただき、プロジェクトについてご相談ください。LoRaWAN®を既存システムにどのように統合できるかをご説明いたします。 info@tektelic.com