NXP平台LoRaWAN边缘网关 - 5 使用外部NS服务器

5 使用外部NS服务器

5.1 配置LoRa网关连接外部NS服务器

网关支持多种 LoRa 通信协议和数据转发方式，可灵活对接不同的网络服务器和物联网平台。以下详细介绍各种配置方式。

5.1.1 使用UDP方式

UDP GWMP（Gateway Message Protocol）是 Semtech 定义的标准协议，广泛用于连接 TTN、chirpstack 等开源网络服务器。

应用场景：连接 The Things Network (TTN)、自建 chirpstack 服务器等。

5.1.1.1 使用UDP方式连接自建的chirpstack平台

可以先安装chirpstack，如果已经安装，请跳过下面安装的步骤

5.1.1.1.1 ubuntu 24 服务器安装chirpstack,示例:chirpstack-v4.17.0

sudo apt update
sudo apt install  mosquitto mosquitto-clients redis-server redis-tools postgresql

配置 PostgreSQL

sudo -u postgres psql

创建chirpstack的数据库

sudo -u postgres psql

-- create role for authentication
create role chirpstack with login password 'chirpstack';

-- create database
create database chirpstack with owner chirpstack;

-- change to chirpstack database
\c chirpstack

-- create pg_trgm extension
create extension pg_trgm;

-- exit psql
\q

安装ChirpStack Gateway Bridge软件

sudo apt install chirpstack-gateway-bridge

修改ChirpStack Gateway Bridge的配置 /etc/chirpstack-gateway-bridge/chirpstack-gateway-bridge.toml

更新[backend] 的配置

[backend]
type="semtech_udp"
region="US915"
frequency_min=902000000
frequency_max=928000000

更新[integration.mqtt] 的配置

示例以 US915,设备和网关测试都使用A1B1(channels 0-7 + 64)频点：902.3~903.7

[integration.mqtt]
event_topic_template="us915_0/gateway/{{ .GatewayID }}/event/{{ .EventType }}"
command_topic_template="us915_0/gateway/{{ .GatewayID }}/command/#"

重新生效ChirpStack Gateway Bridge

# restart chirpstack-gateway-bridge
sudo systemctl restart chirpstack-gateway-bridge

# start chirpstack-gateway-bridge on boot
sudo systemctl enable chirpstack-gateway-bridge

5.1.1.1.2 添加网关ID到chirpstack平台

注意事项：
- 示例公网服务平台IP:62.234.52.46
- chirpstack默认用户admin，默认密码admin登录

在网关页面上Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Configuration（配置），拷贝网关ID:0010502df45635f8

登录已经安装的chirpstack平台，在网关页面添加

粘贴已经复制好的网关ID：0010502df45635f8
填到Name:0010502df45635f8
填到Gateway ID (EUI64):0010502df45635f8

点击 "Submit"

在网关界面Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Configuration（配置） ,示例chirpstack平台IP:62.234.52.46配置如下：

Mode（模式）：Normal Mode
LoRaWAN® regions（LoRaWAN® 频段）：US902-928
Gateway and server communication protocol（网关和服务器通信协议）：UDP
server address（服务器地址）：62.234.52.46
Uplink port(UDP)（上行端口(UDP)）：1700
Downstream port(UDP)（下行端口(UDP)）：1700

在页面右下角，点击SAVE & APPLY（保存并应用）按钮

在网关侧，Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Status（状态） 查看网关连接服务器状态(由于PUSH包每30秒发送一包，需要点击SAVE & APPLY（保存并应用）按钮等1分钟后再查看 ): 是否在线

网关(PUSH)<--->服务器(PUSH_ACK)
网关(PULL)<--->服务器(PULL_ACK)

查看通信有没有ACK，代表有没有连上服务器，而且还可以知道当前网络UDP通信的延迟，这个延迟超过150ms会影响下发设备的接收成功率

在平台侧查看网关连接状态

已经在线，并且显示US915频段的网关

5.1.1.2 使用UDP方式连接TTN平台

注意事项：
- 示例需要提前注册TTN的账号
- 示例以一个频段的网关测试，其他频段也类似

操作步骤：

登录网关界面，在 Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Configuration（配置），如果要配置第二个LoRa(16通道版本)，则在 Network（网络）->16通道扩展(16-channel expansion)

16通道，需要再配置第二个lora页面：16通道扩展(16-channel expansion)

导航至 LoRa网关(LoRa GW) → 配置(Configuration)

切换需要使用的LoRaWAN频段

切换频段不会更改网关默认的EUI，如果之前配置页面参数填乱了，也可以通过切换到别的频段，再切换回来，让频段的参数重新初始化

470版本仅支持CN470版本，470的硬件不需要切换频段
868版本可以支持EU868、RU864、IN865三个频段切换
915版本可以支持US902-928、AU915-928、AS923-1、AS923-2、AS923-3、AS923-4、KR920

具体切换频段方法可以参考：

3.3 配置LoRa网关频段以及频点

以连接到TTN(console.cloud.thethings.network)平台示例(需要自行注册平台的登录账号)

在ttn平台找到"Register gateway"

ttn平台出现输入网关ID输入框

在浏览器另一窗口，登录网关页面，找到lora网关的ID，复制它

在ttn平台粘贴网关ID，并且点击"Confirm"

在ttn平台用刚刚复制的网关ID，粘贴到"Gateway ID"、"Gateway name"，选择"frequency plan",填完并且点击"Register gateway"

已经注册到ttn平台，此时需要在网关填写服务器地址

注意事项：
- 配置UDP服务器地址前，请确认域名地址,我们查看当前ttn为我们网关分配的域名前缀，为: au1

所以需要在网关里，选择UDP协议，服务器选择ttn的au1域名节点

Mode（模式）：Normal Mode
Gateway and server communication protocol（网关和服务器通信协议）：UDP
server address（服务器地址）：目标 NS 的域名或 IP（例如：au1.cloud.thethings.network）
Uplink port(UDP)（上行端口(UDP)）：1700
Downstream port(UDP)（下行端口(UDP)）：1700

网关页面配置UDP方式连接ttn平台

在页面右下角，点击SAVE & APPLY（保存并应用）按钮

等待30-60秒，在ttn平台看网关状态，已经在线

5.1.2 使用MQTT-GWMP方式

MQTT 协议适用于需要更灵活消息机制的场景，支持连接唯传公司的IoT Vision公有云平台，包括唯传公司提供的私有化部署IoT Vision。

应用场景：IoT Vision公有云、IoT Vision私有化部署。

5.1.2.1 使用MQTT GWMP方式连接公有云IoT Vision

IoT Vision平台：lora.smartkit.io

以CN470频段的网关为例

使用账号登录以后，在菜单找到 网关管理，点击添加网关按钮

填写网关信息，授权码需要联系技术支持获得

登录网关界面，在 Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Configuration（配置）

Mode（模式）：正常模式
Gateway and server communication protocol（网关和服务器通信协议）：MQTT(GWMP)
External NS MQTT Server（外部NS MQTT服务器地址）：目标 NS 的域名或 IP（例如：39.108.64.113）
External NS MQTT port（外部NS MQTT服务器端口）：1879
External NS MQTT Username（外部NS MQTT 用户名）：wangw
External NS MQTT password（外部NS MQTT 密码）：ww1030

在页面右下角，点击SAVE & APPLY（保存并应用）按钮

在网关侧Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Status（状态） 查看网关连接平台的在线状态

在平台侧刷新页面，查看网关在线状态

5.1.2.2 使用MQTT GWMP方式连接私有部署IoT Vision

参考连接公有云

3.4.2.1 使用MQTT GWMP方式连接公有云IoT Vision

5.1.3 使用ChirpStack MQTT Forwarder方式

chirpstack-mqtt-forwarder 是 chirpstack 开源项目提供的 MQTT 转发协议，使用 Protobuf 编码，效率更高。

应用场景：连接 chirpstack V4.x 网络服务器。

5.1.3.1 使用ChirpStack MQTT Forwarder方式连接自建的chirpstack平台

操作步骤：

网关页面导航至在 Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Configuration（配置）

配置 MQTT 连接参数：

Gateway and server communication protocol（网关和服务器通信协议）：MQTT(chirpstack-mqtt-forwarder)
chirpstack-mqtt-forwarder MQTT Server（chirpstack-mqtt-forwarder MQTT服务器地址）：目标 NS 的域名或 IP（例如：62.234.52.46）
chirpstack-mqtt-forwarder MQTT port（chirpstack-mqtt-forwarder MQTT服务器端口）：1883 或 8883
chirpstack-mqtt-forwarder MQTT Username（chirpstack-mqtt-forwarder MQTT 用户名）：根据自己的MQTT Broker(Mosquitto、EMQX‌)配置填写
chirpstack-mqtt-forwarder MQTT password（chirpstack-mqtt-forwarder MQTT 密码）：根据自己的MQTT Broker(Mosquitto、EMQX‌)配置填写
Modify the topic prefix of chirpstack MQTT（修改chirpstack MQTT的topic前缀）：可以修改部署的topic 前缀，默认使用频段的值：cn470/eu868/ru864/in865/us915/au915/as923_1/as923_2/as923_3/as923_4/kr920
Use JSON（使用json协议）: 勾选使用json，不勾选使用Protobuf 编码方式（推荐 Protobuf）

示例里部署的chirpstack配置 /etc/chirpstack/chirpstack.toml，找到enabled_regions的配置

[network]
  enabled_regions = [
    "as923",
    "as923_2",
    "as923_3",
    "as923_4",
    "au915_0",
    "cn470_10",
    "cn779",
    "eu433",
    "eu868",
    "in865",
    "ism2400",
    "kr920",
    "ru864",
    "us915_0",
    "us915_1",
  ]

示例以 US915,设备和网关测试都使用A1B1(channels 0-7 + 64)频点：902.3~903.7，

那么我需要修改chirpstack MQTT的topic前缀为：us915_0

Modify the topic prefix of chirpstack MQTT（修改chirpstack MQTT的topic前缀）：use a custom
Topic prefix（MQTT topic前缀）：us915_0

在页面右下角，点击 Save & Apply（保存并应用）

在网关侧Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Status（状态） 查看网关连接平台的在线状态

在chirpstack平台页面，查看网关在线状态

5.1.4 使用Basic Station CUPS方式

CUPS（Configuration and Update Server）协议用于自动获取 LNS 配置和证书，常用于 AWS IoT Core。

应用场景：AWS IoT Core for LoRaWAN。

5.1.4.1 使用Basic station CUPS方式连接亚马逊平台

注意事项：
- 需要提前注册亚马逊平台的账号
- 以us-west-2地区为例: https://us-west-2.console.aws.amazon.com/iot/home?region=us-west-2#/wireless/gateways
- 注册完账号，由于网关接入亚马逊平台，是使用CUPS证书形式，需要查阅亚马逊文档，增加角色几种权限
- IoTWirelessGatewayCertManagerRole 在页面查看 https://us-east-1.console.aws.amazon.com/iam/home?region=us-east-1&redirectFrom=iamv2#/roles
- AWSIoTWirelessGatewayCertManager
- 网关接入亚马逊，流量需要付费，需要绑定一张信用卡

操作步骤：

导航网关页面至 Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Configuration（配置） 拷贝网关ID，示例网关ID：0010502df45635f8
在亚马逊平台添加网关，链接：https://us-west-2.console.aws.amazon.com/iot/home?region=us-west-2#/wireless/gateways

粘贴网关ID
选择频段，示例US915
点击右下角 Add gateway 按钮

创建网关CUPS接入的证书，复制cups接入的链接到网关页面，并且点击下载证书

在Gateway permissions选择 AWSIoTWirelessGatewayCertManager,然后提交

回到网关页面Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Configuration（配置），网关页面配置：

Gateway and server communication protocol（网关和服务器通信协议）：CUPS(Basic Station)
CUPS：HTTPS 地址（例如：https://<account-id>.cups.lorawan.amazonaws.com:443）
CUPS CA certificate 'cups.trust'（cups服务器的根证书'cups.trust'）：打开cups.trust文件，复制证书内容粘贴到文本框里
CUPS client certificate 'cups.crt'（cups服务器的客户端证书'cups.crt'）：打开xxx.cert.pem文件，复制证书内容粘贴到文本框里
CUPS client private key 'cups.key'（cups服务器的客户端密钥'cups.key'）：打开xxx.private.key文件，复制证书内容粘贴到文本框里

在页面右下角，点击 Save & Apply（保存并应用）
网关会自动从 CUPS 服务器获取 LNS 配置,可以查看对应的通信 log

在网关侧Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Status（状态） 查看网关连接平台的在线状态

在亚马逊平台页面，查看网关在线状态

5.1.5 使用Basic Station LNS方式

LNS（LoRaWAN Network Server）协议基于 WebSocket，支持连接 TTN、chirpstack、Microsoft Azure IoT 等平台。

应用场景：chirpstack、TTN、Microsoft Azure IoT Central。

5.1.5.1 使用Basic station LNS方式连接TTN平台

注意事项：
- 需要提前注册TTN平台的账号
- 以au1地区为例: https://au1.cloud.thethings.network/console/gateways

导航网关页面至 Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Configuration（配置） 拷贝网关ID，示例网关ID：0010502df45635f8

在ttn平台添加网关

在gateway EUi粘贴0010502df45635f8,点击Confirm

下一步

在gateway ID粘贴0010502df45635f8
在gateway name粘贴0010502df45635f8
在Frequency plan选择United States 902-928MHz,FSB1
在Require authenticated connection 打勾选上
在Generate API key for LNS打勾选上

在页面底部点击Register gateway

在弹框中点击下载证书

回到网关页面Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Configuration（配置），网关页面配置：

Gateway and server communication protocol（网关和服务器通信协议）：LNS(Basic Station)
LNS：WebSocket 地址（例如：wss://au1.cloud.thethings.network:8887）
LNS CA certificate 'tc.trust'（lns服务器的根证书'tc.trust'）：下载路径https://www.thethingsindustries.com/docs/concepts/advanced/root-certificates/
LNS client certificate 'tc.crt'（lns服务器的客户端证书'tc.crt'）：留空，TTN不需要填这个
LNS client private key 'tc.key'（lns服务器的客户端密钥'tc.key'）：打开下载的tc.key文件，复制证书内容粘贴到文本框里

在页面右下角，点击 Save & Apply（保存并应用）

网关与服务器wss对应的通信 log,如下

在网关侧Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Status（状态） 查看网关连接平台的在线状态

在ttn平台页面，查看网关在线状态

5.1.5.2 使用Basic station LNS方式连接chirpstack

注意事项：
- 需要提前查看chirpstack的文档，部署好域名和证书，因为lns连接，不能使用IP地址，必须使用域名
- 以网关内部的chirpstack-4.17.0软件为例
- 如果客户不会部署LNS模式的chirpstack，建议使用UDP、MQTT方式，或者查阅更多资料
- 示例网关ID：0010502df45635f8

在chirpstack页面，添加网关ID：0010502df45635f8，在网关里TLS certificate，点击Generate certificate,生成LNS的证书

回到网关页面Network（网络） → LoRa GW（LoRa网关） → Configuration（配置），网关页面配置：

Gateway and server communication protocol（网关和服务器通信协议）：LNS(Basic Station)
LNS：WebSocket 地址（例如：wss://gateway.lan:3001）
LNS CA certificate 'tc.trust'（lns服务器的根证书'tc.trust'）：在第一步，chirpstack页面生成的CA certificate证书
LNS client certificate 'tc.crt'（lns服务器的客户端证书'tc.crt'）：在第一步，chirpstack页面生成的TLS certificate证书
LNS client private key 'tc.key'（lns服务器的客户端密钥'tc.key'）：在第一步，chirpstack页面生成的TLS key证书