Wio-E5 LoRaWAN リレー機能ガイド

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LoRaWAN® は LoRa Alliance® からライセンスを受けて使用されている商標です。 LoRa® マークは Semtech Corporation またはその子会社の商標です。

対象ハードウェア: Wio-E5 LoRa® モジュール

ファームウェア: カスタムファームウェア（注文前にお問い合わせください）

ドキュメントバージョン: V1.0

サーバー対応: ChirpStack / The Things Network (TTN)

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1. 概要

Wio-E5 リレー機能は LoRaWAN Relay Specification に基づいており、ゲートウェイの電波が直接届かないエリアのデバイスが、リレーマスター デバイスを介して LoRaWAN ネットワークへアクセスできるようにします。

基本概念

役割	説明	ネットワーク接続
Relay Master	ブリッジデバイスとして動作し、Slave からのパケットを受信して実際のゲートウェイへ転送します	LoRaWAN ネットワークへ直接接続（OTAA）
Relay Slave	電波の死角に配置され、Master を介して間接的にネットワークへアクセスします	Master 経由の間接接続
WOR (Wake-on-Radio)	Slave が周期的にウェイクアップフレームを送信し、Master がそれを受信して応答します	-

ワークフローの要点

• CAD 検出: マスターは 1 秒ごとに Channel Activity Detection ウィンドウを開き、スレーブをリッスンします
• 時刻同期: 初回通信後、スレーブはマスターと時刻を同期し、プリアンブルシンボル数を 259 から 15 に削減して、消費電力とチャネル占有率を大幅に低減します
• RXR ウィンドウ: スレーブは 3 番目の受信ウィンドウ（RX Window 3）を使用して下りデータを受信します

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2. 事前準備

2.1 ハードウェア一覧

• Wio-E5 モジュール × 2（1 台をマスター、1 台をスレーブとして使用）
• LoRaWAN ゲートウェイ（例: SenseCAP M2 Multi-Platform）
• USB–シリアル変換ツール（ボーレート: 9600）
• シリアルデバッグツールをインストールした PC（例: XCOM, Putty）

2.2 サーバー環境の選択

フェーズ	推奨プラットフォーム	備考
テスト	ChirpStack	リレーをネイティブサポート、デバイスバインド用の Web UI を提供
本番運用	TTN	TTN CLI ツールによる設定が必要。TTN は現在リレーメッセージを受信可能だが、リレー管理用の完全な UI は未実装

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3. デバイス設定（AT コマンド）

注記

すべての AT コマンドは、ボーレートを 9600 に設定したシリアルツールから入力し、キャリッジリターン（<CR><LF>）で終端する必要があります。

3.1 リレスレーブの設定

# 1. Set to OTAA mode
AT+MODE=OTAA

# 2. Set frequency band (EU868 example)
AT+DR=EU868

# 3. Set channels (0-2)
AT+CH=NUM,0-2

# 4. Enable Slave mode (Critical)
AT+STDRELAY=MODE,SLAVE

# 5. Get device ID information (record DevEUI and AppEUI)
AT+ID

# 6. Set AppKey (generated on server side)
AT+KEY=APPKEY,"your_app_key_here"

3.2 リレーマスターの設定

# 1. Basic network settings (same as Slave)
AT+MODE=OTAA
AT+DR=EU868
AT+CH=NUM,0-2

# 2. Initially disable Relay mode (enabled via server downlink)
AT+STDRELAY=MODE,OFF

# 3. Set AppKey
AT+KEY=APPKEY,"your_app_key_here"

# 4. Enable debug logs (to observe forwarding process)
AT+LOG=DEBUG

4. サーバー設定（ChirpStack）

4.1 ゲートウェイとアプリケーションの登録

1. ゲートウェイの登録: Gateways → Add gateway → Gateway EUI を入力
2. アプリケーションの作成: Applications → Add application → 名前を入力（例: relay-app）

4.2 デバイスプロファイルの作成

スレーブプロファイル

• General: Region（EU868）を選択、LoRaWAN 1.0.4

• Relay タブ:
  • Device is a Relay ❌
  • Device is a Relay capable end-device ✅
  • Only use Relay ✅

マスタープロファイル

• General: 上記と同じ

• Relay タブ:
  • Device is a Relay ✅
  • Relay enabled ✅
  • Device is a Relay capable end-device ❌

4.3 デバイス登録とバインド

ステップ 1: スレーブデバイスの登録

• relay-app → Devices → Add へ移動
• Device EUI、Join EUI を入力し、Slave Device Profile を選択
• OTAA Keys の AppKey を入力

ステップ 2: マスターデバイスの登録

• 上記と同様に実施し、Master Device Profile を選択

ステップ 3: 関係のバインド（重要）

1. relay-app 内のデバイス一覧に入る
2. スレーブデバイスを選択 → Selected devices をクリック → Add to relay
3. ポップアップで、該当するマスターデバイスをリレーホストとして選択
4. 検証: Relays タブへ移動し、マスターの下にスレーブが表示されていることを確認

5. サーバー設定（TTN）

注記

TTN でのリレー設定には Command Line Interface (CLI) が必要です。Web UI は基本的なデバイス登録のみをサポートしています。

5.1 基本登録

1. ゲートウェイ登録: Gateways → Register gateway → EUI と Frequency Plan を入力
2. アプリケーション作成: Applications → Add application → ID（relay-app）を設定
3. デバイス登録:
   • スレーブ: ID（relay-tx）を設定し、DevEUI / JoinEUI / AppKey を入力
   • マスター: ID（relay-rx）を設定し、DevEUI / JoinEUI / AppKey を入力

5.2 CLI 設定（Windows の例）

# 1. Download and configure CLI (version 3.32.2+)
ttn-lw-cli.exe use "eu1.cloud.thethings.network"

# 2. Login to TTN (opens browser for authorization)
ttn-lw-cli.exe login

# 3. Enable Relay Master (serving mode)
ttn-lw-cli.exe relays create relay-app relay-rx --mode.serving

# 4. Enable Relay Slave and associate with Master (always via Master)
ttn-lw-cli.exe relays create relay-app relay-tx \
  --mode.served.mode.always \
  --mode.served.serving-device-id relay-rx

# 5. Create uplink forwarding rule (index 0)
ttn-lw-cli.exe relays uplink-forwarding-rules create relay-app relay-rx 0 --device-id relay-tx

詳細については、TTN 公式ドキュメントを参照してください。

6. 検証テスト

6.1 リレーマスターの起動

シリアルポートツールを開き、対応するシリアルポートを選択してボーレートを 9600 に設定し、ログを監視します。

# 1. Turn on log output:
AT+LOG=DEBUG

# 2. Reset device
AT+RESET

# 3. The Relay Master is turned on and off by the server downlink control, turn off the Relay mode first 
AT+STDRELAY=MODE,OFF

# 4. Join network (observe logs until +JOIN:Done)
AT+JOIN

# 5. Trigger uplink to receive Relay Config MAC command from server
AT+MSG

# Logs should show:
# +LOG: DEBUG ... MACCMD, RX, 0219010350FF00010640002000000042400043007F07
# Then CAD window opens every 1 second: 
# +LOG: DEBUG 211708 LORA   CAD, 865100000, SF9, 125KHz

この時点で、Relay Master は Relay Slave を用いたウェイクアップおよびフォワーディングを行う準備ができています。

6.2 リレスレーブの起動

# 1. Ensure Slave mode is set
AT+STDRELAY=MODE,SLAVE

# 2. Reset and enable logs
AT+RESET
AT+LOG=DEBUG

# 3. Attempt network join (via Master forwarding)
AT+MODE=OTAA
AT+JOIN

# Logs should show:
# +JOIN: Network joined
# +JOIN: NetID 000000 DevAddr 00:C9:F4:5F
# +JOIN: Done

6.3 時刻同期と最適化の検証

# Set retry count to 1
AT+RETRY=1

# Send confirmed packet (first time)
AT+CMSGHEX=AA

# +LOG: DEBUG 872489 LORA   TX, 865100000, SF9, 125KHz, 259, 22
# +LOG: DEBUG 872490 LORA   TX, 015FF4C90054066CFF01006A3A2EA8
# Observe: WOR_ACK received, preamble length ~259

# At this point, WOR_ACK will be received and time synchronization will be performed, and the number of subsequent preamble derived from the calculation will be greatly reduced.

# Send again (synchronized)
AT+CMSGHEX=AA

# +LOG: DEBUG 141852 LORA   TX, 865100000, SF9, 125KHz, 15, 22
# Observe: Preamble reduced to ~15, latency decreased

7. 重要な注意事項

1. サーバーの選択: 現時点で TTN は CLI 経由でのみリレー設定をサポートしています。ChirpStack は Web UI による完全なサポートを提供しているため、テスト用途には ChirpStack の使用を推奨します。

2. 電力最適化：時刻同期後、Slave の WOR フレームのプレアンブルは 259 から 15 に削減され、消費電力が大幅に低減します。安定した運用環境での導入を推奨します。

3. ファームウェア要件：Wio-E5 のファームウェアが AT+STDRELAY コマンドセットをサポートしていることを確認してください。

4. 通信距離テスト：リレー転送の有効性を確認するため、テスト中は Slave と Master の距離を（例：50〜500 メートル）に保ってください。

リソース

• 📄[PDF] Wio-E5 LoRaWAN リレー機能取扱説明書