LoRaWAN 기술의 기술 작업

LoRaWAN 기술의 기술 작업

어떻게 로라 완 기술 작품

스타 토폴로지와 똑똑하게 구현 된 신호 전송 기술, LoRaWAN 기술은 사물 인터넷에서 장치의 에너지 효율성 및 보안 네트워킹을 위해 특별히 설계되었습니다.. 우리는 기술이 어떻게 작동하는지 설명 할 수 있습니다.

사물 인터넷은 사용되는 네트워크 기술에 많은 요구 사항을 부과합니다. 필요한 것은 인구가 많은 지역과 접근하기 어려운 곳에서 멀리 떨어져있는 수천 개의 노드를 위해 설계된 아키텍처입니다. – 강과 운하의 수류와 오염을 모니터링하는 센서부터 지하실의 소비 미터까지.

또한 아키텍처는 배터리 구동 센서 노드를 안전하게 지원하면서 설치 및 유지 보수를 간소화해야합니다.. 라디오 작동을 말합니다. 네트워크 기술은 엔드 노드에 대한 엄격한 전력 소비 요구 사항을 고려해야합니다, 대부분은 수십 년 동안 단일 배터리로 작동해야합니다.. 도청을 방지하고 해커를 막으려면 높은 보안이 필수적입니다.

이러한 네트워크 기술의 설계는 물리적 수준에서 시작됩니다. IoT 애플리케이션에 사용되는 다른 여러 무선 프로토콜과 유사, LoRaWAN 기술은 확산 스펙트럼 변조를 사용합니다. LoRaWAN과 다른 프로토콜의 근본적인 차이점은 처프 신호를 기반으로하는 적응 형 기술의 사용입니다 – 기존 DSSS가 아닌 (직접 시퀀스 확산 스펙트럼 시그널링). 이 접근 방식은 수신 감도와 최대 데이터 속도 사이의 절충을 제공합니다, 변조 구성 덕분에 노드 별로이 적응 노드를 지원합니다..

DSSS로, 캐리어의 위상은 미리 계산 된 코드 시퀀스에 따라 동적으로 시프트된다. 다수의 연속적인 코드가 전송 될 각 비트에 적용됩니다. 각 비트에 대한 이러한 위상 변이 시퀀스는 반송파보다 훨씬 빠르게 변화하는 신호를 생성합니다., 따라서 넓은 주파수 대역에 데이터를 확산. 코드 펄스 수가 많을수록 (작은 조각) 비트 당, 산란 계수가 높을수록. 이 확산은 신호가 간섭에 덜 민감하게 만듭니다, 그러나 효과적인 데이터 속도를 줄이고 전송되는 비트 당 전력 소비를 증가시킵니다.. 송신기는 간섭에 더 강하기 때문에, 전체 전력 수준을 줄일 수 있습니다. DSSS, 따라서, 동일한 비트 오류율로 낮은 전력 소비. DSSS로 인해 전기 및 투자 비용 발생, IoT 노드에서 애플리케이션을 제한하는.

LoRaWAN 기술에는 정확한 기준 클록이 중요합니다

수신기가 들어오는 코드 칩을 처리하고 스트림을 다시 데이터로 변환 할 수 있도록, DSSS는 회로 기판의 정확한 기준 클록에 의존. 이러한 클럭 소스는 다소 비싸고 클럭 정확도가 높아지면 전력 소비도 증가합니다. LoRaWAN 기술에서 사용하는 CSS 기술 (처프 확산 스펙트럼) 정확한 클럭 소스에 의존하지 않기 때문에보다 비용 효율적으로 구현 가능. 처프 신호는 시간이 지남에 따라 주파수가 변하는 신호입니다..
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LoRaWAN 기술 네트워크의 경우, 신호의 주파수는 각 데이터 비트 그룹의 코드 칩 길이에 따라 증가. 신뢰성 향상, LoRaWAN은 데이터 스트림에 오류 수정 정보를 추가합니다. 확산 스펙트럼을 가진 시스템의 면역성 외에도, CSS는 다중 경로 왜곡 및 페이딩에 대한 높은 수준의 내성을 제공합니다., 도시 환경에서 문제가되는 – 도플러 교대처럼: 오버레이는 주파수를 변경. CSS 기법은보다 강력합니다. 도플러 편이는 기저 대역 신호의 시간 축에 작은 변화 만 야기하기 때문입니다.

더 넓은 범위 또는 더 높은 데이터 속도

DSSS처럼, LoRa는 비트 당 코드 칩 수를 변경할 수 있습니다. 이 표준은 6 가지 다른 산란 계수를 정의합니다 (SF). SF가 높을수록, 네트워크의 범위를 늘릴 수 있습니다 – 비트 당 더 많은 성능과 더 낮은 전체 데이터 속도. SF7로, 최대 데이터 속도는 대략 5.4 kbit / 의 거리에서 신호가 충분히 강한 것으로 간주 될 수 있습니다. 2 km – 이 거리는 지형에 따라 다르지만. SF10으로, 추정 된 범위는 8 km보다 약간 낮은 데이터 속도 1 kbit / 에스. 이것은 업 링크에서 가장 높은 SF입니다: 노드로부터 기지국으로의 전송. 다운 링크는 두 개의 더 큰 SF를 사용할 수 있습니다. SF는 직교. 이를 통해 서로 다른 노드가 서로 영향을주지 않고 서로 다른 채널 구성을 사용할 수 있습니다.. CSS 변조 및 전송을 위해 데이터를 준비하는 물리적 수준 외에도, LoRaWAN은 레벨에 해당하는 두 개의 논리 계층을 정의합니다 2 과 3 계층화 된 OSI 네트워크 모델 (개방형 시스템 상호 연결).

• 레벨 2 LoRa 데이터 연결 레벨입니다.. 주기적 중복 검사를 기반으로 메시지 무결성을 근본적으로 보호합니다.. LoRaWAN, 기본 지점 간 통신 설정.
• 레벨 3 네트워크 프로토콜 기능을 추가합니다. LoRaWAN 프로토콜은 노드에게 서로 신호를 보내거나 인터넷을 통해 클라우드로 데이터를 보낼 수있는 기회를 제공합니다 – 집중 장치 또는 게이트웨이 사용.

LoRaWAN 기술은 스타 토폴로지를 사용합니다: 모든 리프 노드는 가장 적합한 게이트웨이를 통해 통신. 게이트웨이는 라우팅을 이어받습니다., 둘 이상의 게이트웨이가 리프 노드 범위 내에 있고 로컬 네트워크가 과부하 된 경우, 통신을 대안으로 리디렉션 할 수 있습니다. 일부 IoT 프로토콜은 메시 네트워크를 사용하여 게이트웨이에서 리프 노드의 최대 거리를 늘립니다.. 결과적으로 게이트웨이와 메시지를 전달하기 위해 노드의 에너지 요구 사항이 높아집니다., 배터리 수명의 예측할 수없는 단축.

LoRaWAN 아키텍처는 각 IoT 노드의 배터리를 애플리케이션에 적합하고 예측 가능하게 측정 할 수 있습니다.. 게이트웨이는 더 간단한 프로토콜 간의 브리지 역할을합니다, 리소스 제한 리프 노드에 더 적합, 그리고 인터넷 프로토콜 (IP), IoT 서비스를 제공하는 데 사용됩니다. LoRaWAN 기술은 또한 세 가지 액세스 등급을 지원함으로써 최종 장치의 다양한 기능 및 에너지 프로파일을 고려합니다.. 모든 장치는 클래스 A를 지원할 수 있어야합니다. 배터리 수명을 최대화하는 가장 쉬운 모드입니다. 이 클래스는 널리 사용되는 Aloha 프로토콜을 사용합니다.

자동 충돌 방지 통합

장치는 언제든지 게이트웨이에 업 링크 메시지를 보낼 수 있습니다: 프로토콜은 둘 이상의 장치가 동시에 보내려고 할 때 충돌 방지 기능이 내장되어 있습니다. 전송이 완료되면, 엔드 노드는 두 개의 사용 가능한 시간 슬롯 중 하나 내에 도착해야하는 다운 링크 메시지를 기다립니다.. 응답이 수신되면, 끝 노드는 절전 모드로 전환 될 수 있습니다, 배터리 수명을 극대화.

LoRaWAN 게이트웨이 클래스 A 엔드 노드가 유휴 상태 인 경우 활성화 할 수 없습니다. 그는 스스로 깨워 야한다. 이것은 로컬 타이머 또는 이벤트 제어 활성화 때문입니다., 로컬 센서 입력에서 이벤트에 의해 트리거됩니다. 유체 제어 시스템의 밸브와 같은 액추에이터는 네트워크 응용 프로그램에서 전송 한 명령을 수신 할 수 있어야합니다 – 처리 및 통신을위한 로컬 데이터가없는 경우에도. 이 장치는 클래스 B 또는 C 모드를 사용합니다.

클래스 B, 각 장치에는 다운 링크 메시지를 검색하기 위해 수신자를 활성화해야하는 시간 창이 할당됩니다.. 이 시간 창 사이에서 노드는 휴면 모드로 유지 될 수 있습니다. 장치가 다운 링크 메시지를 기다리지 않으면 업 링크 메시지를 보낼 수 있습니다.. 클래스 B는 최대 몇 분의 대기 시간을 견딜 수있는 경우에 사용됩니다.. 수신기 프론트 엔드는 거의 항상 활성 상태이므로 클래스 C는 다운 링크 메시지에 대해 훨씬 낮은 대기 시간을 지원합니다.. 클래스 C 장치는 자체 업 링크 메시지를 보내는 경우에만 수신 모드가 아닙니다.. 이 클래스는 네트워크 기반 엔드 노드에서 사용됩니다..

전송 된 사용자 데이터의 지속적인 암호화

IoT에 제안 된 다른 프로토콜과 달리, LoRaWAN은 애플리케이션 데이터의 엔드 투 엔드 암호화를 제공합니다 – 서비스를 관리하고 제공하는 데 사용되는 클라우드 서버. 종단 간 암호화 외에도, LoRaWAN 기술은 네트워크에 연결된 모든 장치에 필요한 자격 증명이 있는지 확인하고 IoT 노드가 잘못된 ID로 게이트웨이에 연결되어 있지 않은지 확인할 수 있도록합니다.. 필요한 인증 수준을 보장하려면, 각 LoRaWAN 장치는 생산 중에 고유 키로 프로그래밍됩니다, 프로토콜에서 AppKey라고합니다..

이 장치에는 전 세계에 고유 식별자가 있습니다. 장치가 게이트웨이 연결을 쉽게 식별 할 수 있도록, 각 네트워크는 LoRa Alliance가 관리하는 목록에 자체 식별자가 있습니다.. 결합 서버로 식별 된 컴퓨터는 네트워크에 참여하려는 모든 장치의 AppKey를 인증하는 데 사용됩니다.. 가입 서버가 AppKey를 인증하면, 후속 트랜잭션에 사용되는 한 쌍의 세션 키를 만듭니다.. NwkSKey는 네트워크 수준에서 변경을 제어하는 ​​데 사용되는 메시지를 암호화하는 데 사용됩니다., 예 :. 특정 게이트웨이에서 장치를 설정하는 방법. 두 번째 열쇠 (AppSKey) 응용 프로그램 수준에서 모든 데이터를 암호화. 이렇게 분리하면 사용자의 메시지를 제 3의 네트워크 사업자가 가로 채거나 해독 할 수 없습니다..

메시지 프로토콜에 통합 된 보안 카운터를 사용하여 다른 수준의 보안을 달성합니다.. 이 기능은 해커가 패킷을 가로 채서 데이터 스트림으로 다시 보내기 전에 패킷을 조작하는 패킷 재생 공격을 방지합니다.. 모든 보안 메커니즘은 AES 암호화를 통해 구현됩니다., 높은 수준의 보안을 보장하는 것으로 입증되었습니다. 전국적인 공급으로 인해, 에너지 효율 및 보안, LoRaWAN 기술은 IoT 네트워크 설정을위한 프로토콜로 많은 응용 프로그램에 적합합니다..