مواضيع بحثها مع LoRaWAN سرعة انتقال

نقل LoRaWAN

أكثر قدرة هامة لأجهزة تقنيات عمليات هي أن الاتصال. هناك بروتوكولات مختلفة مع مناطق مختلفة من التطبيق. في حين واي فاي, بلوتوث, وغالبا ما تستخدم زيجبي أو معايير إذاعية أخرى لمسافات قصيرة في المنزل, الأجهزة يجب أن تكون موجودة في أي مكان آخر استخدام التكنولوجيات البديلة. المجموعة مثل هذه التكنولوجيات هي انتقال LoRaWAN. ومع ذلك, هذه لديها ميزة من الكفاءة أطول بكثير نطاق والطاقة أفضل من معظم المعايير إذاعية أخرى على حساب عرض النطاق الترددي. الصورة أدناه يبين LoRaWAN بالمقارنة مع بعض بروتوكولات الاتصالات اللاسلكية الأخرى. وتستخدم تقنيات LoRaWAN في الغالب عندما يتم تثبيت أجهزة غاية في المواقع التي عمل فقط مع غيرها من التكنولوجيات التي يصعب تحقيقها, أو عندما كفاءة الطاقة ذات أهمية كبيرة. في هذا LoRaWAN يتم استخدام التكنولوجيا LPWAN.

ومع ذلك, مجموعة واستهلاك الطاقة ليست هي النقاط الهامة فقط في تقنيات عمليات. ومن المسائل التي غالبا ما تهمل هي أمن الأجهزة المتصلة بالشبكة. ما بين 2017 و 2018 وحده, عدد من البرامج الضارة المعروفة لأجهزة تقنيات عمليات زادت أربعة أضعاف تقريبا. ولكن ليس من البرامج الضارة التهديد الوحيد. الكثير من أجهزة تقنيات عمليات إرسال البيانات الحماية الكافية, مما تسبب في الهجمات على تلك البيانات وبالتالي أيضا على البنية التحتية تقنيات عمليات. تجسس, التلاعب في البيانات وسيطرة كاملة من أنظمة سيناريوهات الهجوم المثالية.

موضوع آخر ذي صلة في مجال الأمن تقنيات عمليات هو تحديثات للبرامج الثابتة; أنها تمكن الشركات المصنعة لتقديم وظائف جديدة للأجهزة, في حال وقوع حوادث أمنية, لعلاجها دون أن يضطر المستخدم لتصبح نشطة. ومن المهم للغاية أن تتم أيضا التحديثات بطريقة آمنة بحيث المهاجمين غير قادر على ضخ الثابتة وهمية في جهاز.

الجمع بين تحديثات البرامج الثابتة والأجهزة النهاية التي تستخدم بروتوكول LoRaWAN لنقل البيانات يخلق تحديا جديدا تماما. أما بالنسبة للتقنيات القائمة على بروتوكول الإنترنت, مثل B. W-LAN, وهناك بالفعل بعض الاقتراحات لبروتوكولات محددة, لا تزال غير مستكشفة التحديثات عبر LoRaWAN إلى حد كبير. والسبب في ذلك البروتوكولات الكلاسيكية لا يمكن استخدام يمكن العثور عليها في القيود التكنولوجيات LoRaWAN. LoRaWAN, فمثلا, له حدود عالية من حيث سرعة نقل البيانات وسرعة انتقال LoRaWAN وليس لديها بروتوكول نقل موحد, الذي يعوض عن الخسائر في نقل البيانات يمكن.

1.1 صندوق البريد الذكية

في هذا العمل, يعتبر تطبيق معين ويتم فحص مختلف الموضوعات الأمن تقنيات عمليات. وقد وضعت علبة بريد الذكية, التي تخطر المستخدم عبر هواتفهم الذكية عندما يتم في صندوق البريد تم استلام بريد.

1.1.1 حالة الاستخدام

الفكرة الأساسية من علبة البريد الذكية هي التأكد من أن المستخدم ليس لديه باستمرار لفتح صندوق بريده لمعرفة ما إذا كان هناك أي بريد في ذلك. في حين أن, وقال انه ينبغي أن تتلقى إشعارا على جهازك المحمول له في أقرب وقت كما أن هناك الإلكتروني في صندوق البريد. وهذا له ميزة أن الوقت المستخدم ليس بسبب لزوم لها إلى علب البريد التي هي بعيدة كل البعد عن المستخدم أو التي نادرا ما تتضمن الإلكتروني هل ادعى.

يتم الاحتفاظ وظائف التطبيق عمدا صغير بسبب التركيز على أمن وكفاءة الطاقة. بالاضافة, وقد تم تطوير التطبيق باعتباره “تمديد”. وينبغي أن يكون من الممكن القيام بذلك مع القليل من الجهد من جانب المستخدم لتثبيت أي الخطابات. تشغيل البطارية وشكل عامل صغير وبالتالي متطلبات المشروع أيضا.

1.1.2 المواضيع المطروحة مع انتقال LoRaWAN

كما ذكر آنفا, التركيز في العمل على أمن تقنيات عمليات. بالاضافة, تعتبر كفاءة الطاقة. من هذه الأولويات, هناك العديد من المواضيع الفرعية التي يتم فحصها باستخدام علبة الذكية كانت النقطة الأولى هي أمنا, نقل LoRaWAN البيانات المشفرة E2E-. خصوصا مع صناديق البريد في المناطق العامة, من المهم أن المهاجم لا معرفة يمكن تحديد ما إذا كان ومقدار البريد في صندوق البريد. هذا يمنع الذين يمكن بسهولة معرفة ما إذا كان في انقطاع من شأنه أن يكون مفيدا. حماية مهمة ضد التلاعب أيضا لمنع المستخدم من الحصول على معلومات كاذبة عن حالة من علبة البريد. بالاضافة, فإنه يتم فحص مدى التفاوض على مفاتيح التشفير لهذه المهام هو يمكن أن يتم بطريقة آمنة من دون الشركة المصنعة للجهاز أو أطراف ثالثة يمكن معرفة.

النقطة الرئيسية التالية من التحقيق هي تحديثات البرامج الثابتة آمنة عبر LoRaWAN. لا يوجد حاليا أي معيار رسمي بشأن نقل البرامج الثابتة. التحديثات عبر LoRaWAN. في هذا الصدد, وهي واحدة من المهام الرئيسية لهذا العمل
لتصميم واختبار. بالنهايه, يجب أن يكون صندوق بريد الذكية قادرة على تنفيذ تحديثات البرامج الثابتة عبر LoRaWAN دون تدخل المستخدم. يجب أيضا أن هذه التحديثات يتم تأمينها بشكل مشفر لمنع التلاعب. أخيرا, يتم فحص كيف يتم طرح الإلكتروني إلى جهاز علبة البريد التي يمكن التعرف. تم فحص التقنيات المختلفة والتعرف على واحدة مناسبة.

2.1 LoRaWAN

LoRaWAN هو الحل LoRaWAN لتطبيقات تقنيات عمليات مع كمية صغيرة من البيانات كفاءة في استخدام الطاقة ويمكن أن تنتقل لاسلكيا عبر مسافات كبيرة. وهو يتألف من ناحية راديو لورا, بروتوكول للنقل البيانات الفعلية LoRaWAN وعلى الجانب الآخر من LoRaWAN نفسها, بروتوكول MAC الذي يقوم على لورا يتراكم ويوفر إجراءات موحدة لنقل البيانات عبر ورا. LoRaWAN, باعتبارها واحدة من النقاط الرئيسية في هذا العمل, كان يستخدم للاتصال مع الأجهزة نهاية, بما في ذلك صندوق بريد الذكية.

2.1.1 ما هو ورا

لورا هو عملية تضمين التردد التي وضعتها الاتصالات اللاسلكية Semtech بين شركاء اتصال ثنائي سمحت. أنه, وبالتالي, بروتوكول البدنية (طبقة ضد السرقة 1), والتي تأخذ فقط على تعديل لنقل البيانات الفعلية. يستخدم لورا تغرد التضمين تردد لرموز تشفير. التشكيل غرد تستخدم استخدامات "تغرد" للرموز الإرسال. تم تغيير تردد باستمرار عبر عرض النطاق الترددي خلال فترة محددة من الزمن. رموز نقل حوالي يتم تحديد بداية غرد.

المزايا الأساسية التي تقدمها تعديل هذا بالمقارنة مع FSK أو PSK هي بعيدة المدى ومتانة ضد الضوضاء. كلاهما من عوامل نشر وعرض النطاق الترددي المستخدمة. عامل نشر يحدد متى يستمر غرد واحد, أي مدى اتساع أنه ينتشر ". وهناك عامل العالي يعني حرف أوسع, الذي يضمن نطاقات نقل LoRaWAN أطول, ولكن نقل البيانات أيضا أبطأ. في لورا نشر العوامل من 7 إلى 12 ويعرف, وهو ما يعني LoRaWAN سرعة انتقال من أقصى 37.5 كيلوبت / ليالي لمدة لا تقل عن 300 قليلا / الصورة لا يمكن أن يتحقق. يتم إصلاح عرض النطاق الترددي في 125 كيلوهرتز, 250 كيلو هرتز أو 500 كيلوهرتز و يؤثر أيضا على نطاق وسرعة إشارة. يتم تحديد خيار ملموسة من هذه المعايير من قبل LoRaWAN.

الترددات التي استخدامات ورا تعتمد على المنطقة. في أوروبا, تستطيع 868 ميغاهيرتز أو في 433 يمكن إرسال ميغاهيرتز. ومن المهم أن نذكر أن هذه الترددات خالية من ترخيص الأطياف, لذلك ليس هناك رسوم ترخيص لاستخدامها. للتعويض عن هذا, تطبيق الزمنية, إرسال القيود التي جميع الأجهزة يجب أن تلتزم. هذه هي بين 0.1% و 10%, اعتمادا على التردد المستخدمة.

2.1.2 ما هو LoRaWAN

LoRaWAN هو بروتوكول MAC (طبقة ضد السرقة 2), الذي يقوم على لورا (ولكن أيضا مع FSK يمكن استخدامها), وأيضا بعض عناصر بروتوكول الشبكة (طبقة ضد السرقة 3) يحتوي على. وهو يحدد شكل رسالة, وكذلك أوامر MAC للسيطرة على نقل. ويتم تحديد معايير لانتقال لورا الكامنة أيضا LoRaWAN. الجزء الأول هو مواصفات الفعلية, الذي يحدد صيغ رسالة, الأوامر MAC, وتسلسل. المعلمات الإقليمية, التي إعدادات محددة لورا, وكذلك بعض التعديلات أو الإضافات التي أدخلت على بروتوكول LoRaWAN, تتوفر امتدادا تحديد اعتمادا على المنطقة المعنية.

تتكون شبكة A LoRaWAN من عدة مجموعات من المشاركين ونظمت في طوبولوجيا النجوم التي كتبها نجوم, كما هو مبين في الشكل 5. في منتصف هو خادم الشبكة, وهو الإدارة من جانب الخادم لشبكة LoRaWAN والعروض API لتطبيقات العميل. إدارة التطبيقات LoRaWAN وكلا إرسال وإرسال رسائل لتلقي. يتصل هذا الخادم مع عدة بوابات عبر اتصال IP. مهمتها الرئيسية هي لتوجيه الحزم LoRaWAN المتلقاة من الملقم الشبكة إلى الأجهزة النهاية عبر لورا والعكس بالعكس. وفقا لذلك, أنها بمثابة واجهة لتغيير المادية متوسطة. نقف على نهاية من الأجهزة التي تتصل مع نهاية بوابات واحد أو أكثر لنقل البيانات الخاصة بهم. بروتوكول LoRaWAN هو فقط بين البوابة والأجهزة المستخدمة نهاية. ويعرف أي معيار للمسارات المتبقية وهذا الشكل, وبالتالي, يعتمد على تطبيقات محددة تستخدم.

في هذا السياق, يأخذ LoRaWAN على بعض المهام, التي سيتم شرحها بالتفصيل أدناه. وهذا يشمل الطبقات الاتصال المختلفة التي تستخدم البيانات التي يمكن أن تنتقل بطرق مختلفة, الخيارين لإضافة الأجهزة إلى تطبيق LoRaWAN, والاختيار تشفير وسلامة البيانات المنقولة, ومختلف الأوامر MAC للسيطرة على اتصال. هذا الأخير لن يكون أوضح كذلك لأنها محددة جدا وليست ذات الصلة لهذا العمل.

2.1.3 وسائط نقل البيانات LoRaWAN

LoRaWAN يدعم ثلاث وسائل مختلفة لنقل البيانات. كل من هذه مودي لديها حالات الاستخدام المحددة, فضلا عن مزايا وعيوب, وهي مدرجة أدناه.

الطبقة-A

الطبقة-A الوضع ويجب دعم اسطة نقل LoRaWAN الأولية المستخدمة من قبل جميع الأجهزة النهاية وبوابات. وهو يتيح الاتصال ثنائي الاتجاه بين محطة وبوابة تقوم على مبدأ الوها. في حالة LoRaWAN, يعني ذلك محطة يمكن إرسال البيانات في أي وقت, ولكن بعد إرسال حزمة البيانات فقط لمدة فترات قصيرة واحدة يمكن أيضا الحصول على البيانات.

وميزة هذا الوضع هو أن الجهاز الطرفي فقط أثناء إرسال البيانات وبعد فترة وجيزة من هذا بدوره على جهاز الإرسال والاستقبال لورا لتلقي استجابة حصلت ل. وهذا يعني أنه يمكن أن تبقى المعطل أكثر من مرة, مما يوفر الطاقة. العيب, ومع ذلك, غير أن المحطة ليس لديها أي بيانات في جميع الأوقات الأخرى يمكن أن تلقي. بالاضافة, فقط يمكن للمرء أن يتم تلقي كل حزمة البيانات المرسلة تصبح.

الفئة (أ) عملية, وبالتالي, تروق عند إرسال الرسائل في المقام الأول الإرسال والرسائل نادرا ما الهابطة. منذ LoRaWAN يفضل في أجهزة الاستشعار وأجهزة مماثلة نهاية المنخفضة للأداء التي تقدم عادة فقط مركز المعلومات لتطبيق نهاية يستخدم لمعظم الأجهزة نهاية واسطة نقل البيانات المفضل.

LoRaWAN درجة انتقال ل

الصف ب

الطبقة-B هو امتداد التي لا يجب أن تكون معتمدة من قبل الأجهزة النهاية. قبل هذا الوضع يمكن استخدامها من قبل الأجهزة النهاية بالإضافة إلى الدرجة الاولى على فترات منتظمة. استقبال البيانات من بوابة دون الحاجة أولا لإرساله نفسك. إلى منارة يرسل ما يسمى منارة كل 128 س, الذي يحتوي على بعض المعلومات حول الوضع البوابة. نهاية الأجهزة التي تتلقى هذا ويمكن بعد ذلك استخدام منارة ووتيرة فتحة بينغ لحساب الأوقات التي يمكن تلقي البيانات. وهذا ما يسمح لها أن تكون في الوقت المناسب لحظات قصيرة التبديل على جهاز الإرسال والاستقبال لورا لتلقي أي البيانات التي قد تكون موجودة. يظهر عملية أدناه.

LoRaWAN درجة انتقال ب

العروض الطبقة-B توازن جيد بين الوصول واستهلاك الطاقة منذ دورية فتحة بينغ يمكن تعديلها لمراقبة عدد المرات التي يجب أن تلقيه. وهذا يعني أن يستخدم المزيد من الطاقة من لتشغيل نقية الفئة (أ), لكن لا تزال هناك فترات طويلة فيها جهاز الإرسال والاستقبال لورا يمكن إيقاف. ميزة أخرى من الدرجة B هي القدرة على تخزين البيانات في 8 لتكون قادرة على نقل المتعدد لعدة أجهزة في وقت واحد, طالما أن العنوان والمفاتيح هي نفسها. مجموعات الإرسال المتعدد يمكن, وبالتالي, سيتم إنشاء.

استخدام الدرجة B من المنطقي إذا كان الجهاز يحتوي على استقبال البيانات في كثير من الأحيان دون إرسال البيانات نفسها, لكن الجهاز لا يزال لديه للعمل بكفاءة الطاقة. ومن شأن تطبيق نموذجي يكون نهاية الأجهزة التي هي منتظمة يمكن السيطرة عليها دون أن الوقت الحرج.

فئة ج

الاخير, أيضا اختياري, وضع الإرسال الدرجة C. في هذا, ومفاتيح المحطة بشكل دائم على استقبال لتكون قادرة على استقبال البيانات من بوابة في أي وقت. خيار الإرسال مع فئة-A يبقى كما في الصورة أدناه.

LoRaWAN درجة انتقال ج

ميزة من الدرجة C هي أن البيانات يمكن أن تصل في أي وقت. ومع ذلك, ثمن هذا هو ارتفاع استهلاك الطاقة, منذ الجهاز النهاية يجب أن تبقي لورا جهاز الإرسال والاستقبال نشطة في جميع الأوقات. نقل المتعدد LoRaWAN من الممكن أيضا هنا.

وينبغي أن تستخدم الطبقة-C فقط عندما تكون كميات كبيرة من البيانات التي يتم نقلها خلال فترة قصيرة من الوقت أو عندما تحدث التحويلات وقت حرج. يجب أن يكون نهاية الأجهزة مثل هذه إمدادات الطاقة دائم منذ هذا الوضع يستهلك الكثير من الطاقة لتشغيل البطارية.