נושאים שנבחנו עם LoRaWAN הילוכים מהירים

שידור LoRaWAN

היכולת החשובה ביותר של מכשירי IOT היא זה של תקשורת. ישנם פרוטוקולים שונים באזורים שונים של יישום. בעוד WiFi, בלוטות, Zigbee או סטנדרטי רדיו אחרים משמשים לעתים קרובות למרחקים קצרים בבית, יש מכשירים להימצא במקום אחר בטכנולוגיות חלופיות. בית א 'כזה של טכנולוגיות הוא שידור LoRaWAN. למרות זאת, אלה יש את היתרון של יעילות אנרגיה לטווח ארוך יותר באופן משמעותי טוב יותר מאשר הסטנדרטים רדיו אחרות רוב על חשבון רוחב הפס. התמונה למטה מראה LoRaWAN לעומת כמה פרוטוקולי תקשורת אלחוטיים אחרים. טכנולוגיות LoRaWAN משמשות בעיקר כאשר התקני קצה מותקנים במקומות עבודה רק עם טכנולוגיות אחרות שקשה להשיג, או כאשר היעילות האנרגטית היא בעלת חשיבות רבה. בשנת LoRaWAN זה משמש טכנולוגית LPWAN.

למרות זאת, טווח צריכת החשמל אינה נקודות חשובות רק IOT. נושא אחד אשר לעתים קרובות מוזנח הוא הביטחון של התקנים ברשת. בין 2017 ו 2018 לבד, מספר תוכנות זדוניות ידועות למכשירי IOT גדל כמעט פי ארבעה. אבל תוכנות זדוניות הוא לא האיום היחיד. המון מכשירים IOT לשלוח נתונים שאינם מוגנים כהלכה, גרימת התקפות על כי נתונים ובכך גם על תשתית IOT. ריגול, מניפולציה של נתונים ואת ההשתלטות המוחלטת של מערכות תרחישים התקפה למופת.

נושא נוסף רלוונטי בתחום אבטחת IOT הוא עדכוני קושחה; הם מאפשרים ליצרנים להביא פונקציות חדשות התקנים, במקרה של תקריות אבטחה, כדי לתקן אותם מבלי שהמשתמש יצטרך להיות פעיל. חשוב מאוד כי את העדכונים מתבצעים גם באופן מאובטח כך התוקפים שאינם מסוגלים להזרים הקושחה מזויף לתוך מכשיר.

שילוב עדכוני קושחה והתקני הסוף המשתמשים בפרוטוקול LoRaWAN עבור העברת נתונים יוצר אתגר חדש לגמרי. בעוד עבור טכנולוגיות מבוססות IP, כגון B. W-LAN, יש כבר כמה הצעות עבור פרוטוקולים ספציפיים, עדכונים באמצעות LoRaWAN עדיין נחקרו במידה רבה. הסיבה כי הפרוטוקולים הקלסיים לא יכולים לשמש ניתן למצוא את המגבלות של טכנולוגיות LoRaWAN. LoRaWAN, לדוגמה, יש מגבלות גבוהות מבחינת קצב נתונים ומהיר העברת LoRaWAN ואין לו פרוטוקול תעבורה סטנדרטי, אשר מפצה על הפסדים ב העברת נתונים יכולים.

1.1 תיבת הדואר החכם

בעבודה הזו, יישום ספציפי נחשב ונושאים שונים של ביטחון IOT נבחנים. תיבת דואר חכמה פותחה, אשר מודיעה למשתמש באמצעות הסמארטפון כאשר דואר בתיבת הדואר התקבל.

1.1.1 במקרה השתמשתי

הרעיון הבסיסי של תיבת הדואר החכמה הוא לוודא כי אין למשתמש זמן לפתוח את תיבת הדואר שלו כדי לברר אם יש איזה מכתב בו. במקום, הוא אמור לקבל התראה במכשיר הנייד שלו בהקדם יש אימייל הוא בתיבת הדואר. זה יתרון כי בזמן שהמשתמש אינו בשל מיותר לתיבות דואר שרחוקים המשתמש או כי לעתים רחוקות להכיל אימייל נטען.

הפונקציות של יישום נשמרים קטנות בכוונה בגלל מתמקד ביעילות אבטחה והאנרגיה. בנוסף, היישום פותח כקובץ “סיומת”. זה צריך להיות אפשרי לעשות את זה עם מעט מאמץ מצד המשתמש להתקין כל תיבות דואר. מבצעת סוללה גורמת צורה קטנה הם ובכך דרישות גם עבור הפרויקט.

1.1.2 הנושאים שנבחנו עם שידור LoRaWAN

כפי שהוזכר מוקדם יותר, ההתמקדות של העבודה היא על ביטחון IOT. בנוסף, יעילות אנרגטית נחשבת. מתוך סדרי עדיפויות אלה, ישנם מספר נושאים משנה נבחנים באמצעות הדואר החכם הייתה הנקודה הראשונה הוא מאובטח, E2E-מוצפן העברת נתונים LoRaWAN. במיוחד עם תיבות דואר באזורים ציבוריים, חשוב כי התוקף אינו לברר אפשרות לקבוע אם ועד כמה דואר שנמצא בתיבת הדואר. זה מונע שיכול לגלות בקלות אם פריצה תהיה כדאי. הגנה חשובה גם נגד מניפולציה כדי למנוע מהמשתמש לקבל מידע כוזב על מצבם של תיבת הדואר. בנוסף, זה נבחן באיזו מידת המשא והמתן של מפתחות הצפנה עבור משימות אלה הוא דרך בטוחה יכולה להתבצע בלי היצרן של הצדדים למכשירים או שלישיים יכול לגלות.

הנקודה העיקרית הבא של החקירה היא עדכוני קושחה מאובטחים באמצעות LoRaWAN. אין תקן רשמי כרגע בדבר העברת הקושחה. עדכונים באמצעות LoRaWAN. מבחינה זו, הוא אחת המשימות העיקריות של עבודה זו
כדי לתכנן ולבדוק. בסוף, תיבת הדואר חכם צריך להיות מסוגל לבצע עדכוני קושחה דרך LoRaWAN ללא התערבות המשתמש. עדכונים אלה גם חייבים להיות מאובטחים באופן מוצפן על מנת למנוע מניפולציה. סוף סוף, הוא בדק כיצד אלקטרוני נזרק לתוך מכשיר תיבת דואר שניתן להכיר. טכנולוגיות שונות נבחנו אחד מתאים זוהתה.

2.1 LoRaWAN

LoRaWAN הוא פתרון LoRaWAN עבור יישומי IOT עם כמות קטנה של נתונים חסכוניים באנרגיה ויכול להיות מועבר באופן אלחוטי במרחקים גדולים. הוא מורכב מצד אחד של הרדיו לורה, פרוטוקול להעברת LoRaWAN נתונים פיזיים מצד שני של LoRaWAN עצמה, אשר פרוטוקול MAC מבוסס על לורה בונה ומספק נוהל אחיד להעברת נתונים באמצעות לורה. LoRaWAN, כאחת מנקודות המפתח בעבודה זו, שימש לתקשורת עם מכשירי הקצה, כולל תיבת הדואר החכמה.

2.1.1 מהו לורה

לורה היא תהליך אפנון תדר שפותח על ידי תקשורת האלחוטית Semtech בין שני שותפי תקשורת אפשרה. זה, ולכן, פרוטוקול פיזי (שכבה פורצת 1), אשר רק משתלט על האפנון של העברת נתונים הפיסית. לורה משתמשת וציוצים מווסתים בתדר לסמלים לקודד. אפנון הצרצור המשמש שימושים "מצייץ" לסמלי שידור. התדירות משתנית ללא הרף ברחבי רוחב הפס על פני תקופה מוגדרת של זמן. הסמלים המועברים הנם על תחילת הצרצור מוגדרת.

היתרונות העיקריים הצעות אפנון זה לעומת FSK או PSK הם בטווח-הארוך ואת חוסנו נגד רעש. שניהם מהגורם ורוחב הפס מתפשט בשימוש. הגורם מתפשט קובע כמה זמן ציוץ אחד נמשך, כלומר מה רוחבו מתפשט". גורם גבוה יותר פירושו סימנים רחבים יותר, אשר מבטיח טווחי שידור LoRaWAN עוד, אבל גם העברת נתונים איטית. בשנת לורה מתפשט גורמים מן 7 ל 12 מוגדר, כלומר מהירות ההולכה LoRaWAN מ לכל היותר 37.5 kbit / זה עד למינימום של 300 קצת / ים ניתן להשיג. רוחב הפס הוא קבוע 125 kHz, 250 kHz או 500 kHz ומשפיע גם על הטווח ומהירות של האות. בחירת בטון של פרמטרים אלו נקבעת על ידי LoRaWAN.

התדרים שבשימוש לורה תלוי באזור. באירופה, אתה יכול 868 MHz או 433 ניתן לשלוח MHz. חשוב להזכיר כי תדרים אלה הם ללא רישיון ספקטרה, כך שאין דמי הרישיון להשתמש בהם. כדי לפצות על זה, להחיל זמני, לשלוח הגבלות שכל המכשירים חייבים לדבוק. אלה הם בין 0.1% ו 10%, תלוי התדרים שבשימוש.

2.1.2 מה זה LoRaWAN

LoRaWAN הוא פרוטוקול ה- MAC (שכבה פורצת 2), אשר מבוסס על לורה (אבל גם עם FSK ניתן להשתמש), וגם כמה אלמנטים של פרוטוקול רשת (שכבה פורצת 3) מכיל. זה מגדיר פורמט הודעה, וכן MAC פקודה לשלוט על ההעברה. הפרמטרים להעברת לורה שבבסיס נקבעים גם על ידי LoRaWAN. החלק הראשון הוא מפרט בפועל, המגדיר את פורמטי ההודעה, פקודות MAC, ואת הרצף. הפרמטרים האזוריים, אילו הגדרות ספציפיות עבור לורה, כמו גם כמה התאמות או תוספות בפרוטוקול LoRaWAN, זמינים כשלוחה מגדירה בהתאם לאזור בהתאמה.

LoRaWAN רשת מורכבת מכמה קבוצות של משתתפים, והוא מאורגן טופולוגיית כוכב אחר כוכב, כפי שניתן לראות בתרשים 5. באמצע הוא שרת הרשת, המהווה את הממשל בצד השרת של רשת LoRaWAN ומציע API עבור יישומי לקוח. ניהול יישומים LoRaWAN ושניהם שליחה ושליחה של הודעות כדי לקבל. שרת זה מתקשר עם מספר שערים באמצעות חיבור IP. המשימה העיקרית שלהם היא להעביר את מנות LoRaWAN קבלו משרת הרשת אל מכשירי הקצה באמצעות לורה ולהיפך. בהתאם לכך, הם משרתים כממשק לשינוי המדיום הפיזי. Stand בסוף מאשר התקני הקצה אשר מתקשרים עם שערים אחד או יותר כדי להעביר את הנתונים שלהם. פרוטוקול LoRaWAN הוא רק בין השער לבין התקני הקצה המשמש. אין תקן מוגדר עבור השבילים הנותרים וכי בפורמט, ולכן, תלוי יישומים ספציפיים המשמשים.

בהקשר הזה, LoRaWAN לוקח על עצמו משימות מסוימות, המוסברות בהמשך. זה כולל את כיתות תקשורת השונות המשמשות נתונים יכולות להיות מועברות בדרכים שונות, שתי אפשרויות להוספת התקנים ליישום LoRaWAN, את שק ההצפנה ושלמות של נתונים המועברים, ואת פקודות MAC השונות לשליטת הקשר. זה האחרון לא יהיה עוד הסביר כי הם מאוד ספציפיים אינם רלוונטיים לעבודה זו.

2.1.3 מצבי תמסורת נתונים LoRaWAN

LoRaWAN תומך בשלושה מצבים שונים עבור העברת נתונים. כל אחד המודים אלה יש מקרי שימוש ספציפיים, כמו גם יתרונות וחסרונות, אשר מפורטים להלן.

Class-A

Class-A מצב משמשים אמצעי שידור LoRaWAN העיקריים ידי כל מכשירי הקצה והשערים חייבים להיות נתמכים. היא מאפשרת תקשורת דו כיוונית בין הטרמינל ושער מבוסס על עיקרון ALOHA. במקרה של LoRaWAN, אמצעי זה מסוף יכול לשלוח נתונים בכל עת, אבל אחרי שני מרווחים של קצר לאחר השליחה מנת נתונים יכולים גם לקבל נתונים.

היתרון של מצב זה הוא כי התקן מסוף רק בעת שליחת נתונים וזמן קצר לאחר פנייה זו על משדר לורה לקבל תשובה צריכה. אמצעי זה כי זה יכול להישאר מנוטרל רוב הזמן, אשר חוסך אנרגיה. החיסרון, למרות זאת, היא לא קיים המסוף נתונים כלשהם בכל עת האחרת יכול לקבל. בנוסף, רק יכול להתקבל אחת עבור כל מנת נתונים הנשלחים להיות.

מבצע Class A, ולכן, הכי הגיוני בעת שליחת הודעות uplink בעיקר ולעתים נדירות הודעות downlink. מאז LoRaWAN רצוי חיישנים ומכשירי קצה נמוכים ביצועים דומים כי בדרך כלל רק לספק מידע על סטטוס של יישום הסוף משמש למרבית מכשירי הקצה במצב העברה נתונים המועדפת.

בכיתת שידור LoRaWAN

Class-B

Class-B הוא שלוח כי לא צריך להיות נתמך על ידי מכשירי קצה. על ידי מצב זה יכול להיות בשימוש על ידי התקני הקצה בנוסף Class-A במרווחי זמן קבועים. קבלת נתונים מן השער מבלי הראשון לשלוח אותו בעצמך. אל המשואה שולחת שנקרא משואה כל 128 ים, אשר מכיל כמה פרטי הסטטוס של ה- gateway. התקני קצה מקבלים זה יכול ואז להשתמש משואה מחזורי חריץ פינג לחשב את הזמנים שבם יש יכולות להתקבל נתונים. זה מאפשר להם להיות בזמן הנכון לרגעים קצרים לעבור על משדר לורה לקבל נתונים כלשהם שעשויים להיות נוכחים. התהליך מוצג למטה.

ב בכיתת שידור LoRaWAN

הצעות Class-B איזון טוב בין הנגישות וצריכת אנרגיה מאז המחזוריות חריץ פינג יכול להיות מותאם כדי לשלוט בתדירות היא אמורה להגיע. אמצעי זה כי יותר אנרגיה משמשת יותר לתפעול Class A טהור, אבל עדיין יש תקופות ארוכות שבהן משדר לורה יכול להיות כבוי. יתרון נוסף של Class-B הוא היכולת לאחסן נתונים ב 8 כדי להיות מסוגל לשדר multicast למספר מכשירים בו זמנית, כל עוד את הכתובת ואת המפתחות זהים. יכול קבוצות Multicast, ולכן, להיווצר.

שימוש Class-B הגיוני אם מכשיר יש לקבל נתונים בתדירות גבוהה יותר מבלי לשלוח נתונים עצמה, אבל המכשיר עדיין צריך לעבוד באנרגיה ביעילות. יישום טיפוסי יהיה תקני קצה כי הם רגילים ניתן לשלוט מבלי להיות קריטיים בזמן.

Class-C

האחרון, גם אופציונלי, אמצעי השידור הוא Class-C. בזה, בוררי מסוף לצמיתות על קבלה כדי להיות מסוגל לקבל נתונים מן השער בכל עת. האפשרות של שידור עם Class-A נשארת כמו בתמונה למטה.

ג בכיתת שידור LoRaWAN

היתרון של Class-C הוא כי נתונים ניתן לקבל בכל עת. למרות זאת, המחיר לכך הוא צריכת אנרגיה גבוהה, מאז שמכשיר הסוף חייב לשמור על לורה משדר פעיל בכל עת. שידור Multicast LoRaWAN אפשרי גם כאן.

Class-C יש להשתמש רק כאשר כמויות גדולות של נתונים צריכים להעביר על פני תקופה קצרה של זמן או כאשר העברות קריטי זמן להתרחש. התקני קצה כזו צריכות להיות אספקת חשמל קבעה מאז במצב זה צורכת אנרגיה רבה מדי עבור פעולת סוללה.