IoT 장치의 가장 중요한 능력은 커뮤니케이션입니다.. 응용 분야가 다른 다양한 프로토콜이 있습니다.. WiFi 동안, 블루투스, Zigbee 또는 기타 무선 표준은 가정에서 짧은 거리에 자주 사용됩니다., 장치는 대체 기술을 사용하여 다른 곳에 위치해야합니다.. 이러한 기술 그룹은 LoRaWAN 전송입니다.. 하나, 이들은 대역폭을 희생하면서 대부분의 다른 무선 표준보다 훨씬 더 긴 범위와 더 나은 에너지 효율성의 이점을 가지고 있습니다.. 아래 그림은 다른 무선 통신 프로토콜과 비교 한 LoRaWAN을 보여줍니다.. LoRaWAN 기술은 달성하기 어려운 다른 기술과 만 작동하는 위치에 최종 장치를 설치할 때 주로 사용됩니다., 또는 에너지 효율성이 매우 중요 할 때. 이 LoRaWAN은 LPWAN 기술로 사용됩니다..
하나, 범위와 전력 소비가 IoT에서 유일한 중요한 점은 아닙니다.. 종종 간과되는 한 가지 문제는 네트워크 장치의 보안입니다.. 중에서 2017 과 2018 혼자, IoT 장치에 대한 알려진 맬웨어의 수가 거의 4 배 증가했습니다.. 하지만 맬웨어가 유일한 위협은 아닙니다.. 많은 IoT 장치가 부적절하게 보호 된 데이터를 전송합니다., 해당 데이터 및 IoT 인프라에 대한 공격을 유발합니다.. 스파이 활동, 데이터 조작 및 시스템의 완전한 인수는 대표적인 공격 시나리오입니다..
IoT 보안의 또 다른 관련 주제는 펌웨어 업데이트입니다.; 제조업체가 장치에 새로운 기능을 제공하고, 보안 사고 발생시, 사용자가 활동하지 않아도 문제를 해결하기 위해. 공격자가 장치에 가짜 펌웨어를 주입 할 수 없도록 업데이트도 안전한 방식으로 수행하는 것이 매우 중요합니다..
데이터 전송을 위해 LoRaWAN 프로토콜을 사용하는 펌웨어 업데이트와 최종 장치를 결합하면 완전히 새로운 문제가 발생합니다.. IP 기반 기술의 경우, B와 같은. 무선 랜, 특정 프로토콜에 대한 몇 가지 제안이 이미 있습니다., LoRaWAN을 통한 업데이트는 아직 대부분 미개척. 클래식 프로토콜을 사용할 수없는 이유는 LoRaWAN 기술의 제한 사항에서 찾을 수 있습니다.. 로라 완, 예를 들어, 데이터 속도 및 LoRaWAN 전송 속도 측면에서 높은 제한이 있으며 표준화 된 전송 프로토콜이 없습니다., 데이터 전송 손실을 보상하는.
1.1 스마트 사서함
이 작품에서, 특정 애플리케이션을 고려하고 IoT 보안의 다양한 주제를 검토합니다.. 스마트 사서함이 개발되었습니다., 우편함에 메일이 수신되면 스마트 폰을 통해 사용자에게 알립니다..
1.1.1 사용 사례
스마트 사서함의 기본 개념은 사용자가 사서함에 메일이 있는지 확인하기 위해 계속해서 사서함을 열 필요가 없도록하는 것입니다.. 대신, 사서함에 메일이있는 즉시 모바일 장치에서 알림을 받아야합니다.. 이는 사용자로부터 멀거나 메일이 거의 포함되지 않는 사서함으로 인해 사용자의 시간이 불필요하지 않다는 장점이 있습니다..
애플리케이션의 기능은 보안 및 에너지 효율성에 초점을 맞추기 때문에 의도적으로 작게 유지됩니다.. 게다가, 응용 프로그램은 “신장”. 사용자가 레터 박스를 설치하는 데 거의 노력을 기울이지 않고이 작업을 수행 할 수 있어야합니다.. 따라서 배터리 작동 및 소형 폼 팩터도 프로젝트의 요구 사항입니다..
1.1.2 LoRaWAN 전송으로 조사 된 주제
앞서 언급 한 바와 같이, 작업의 초점은 IoT 보안에 있습니다.. 게다가, 에너지 효율이 고려됩니다. 이러한 우선 순위에서, 스마트 사서함을 사용하여 조사한 몇 가지 하위 항목이 있습니다., E2E 암호화 데이터 LoRaWAN 전송. 특히 공공 장소의 우편함, 공격자가 사서함에있는 메일의 양과 양을 확인할 수 있다는 사실을 알지 못하는 것이 중요합니다.. 이것은 침입이 가치가 있는지 쉽게 알 수있는 사람을 방지합니다.. 사용자가 사서함 상태에 대한 잘못된 정보를 수신하지 못하도록 조작으로부터 보호하는 것도 중요합니다.. 게다가, 이러한 작업에 대한 암호화 키 협상이 장치 제조업체 나 제 3자가 알아낼 수없는 안전한 방법으로 수행 할 수있는 정도를 조사합니다..
다음 주요 조사 지점은 LoRaWAN을 통한 보안 펌웨어 업데이트입니다.. 현재 펌웨어 이전에 관한 공식 표준은 없습니다.. LoRaWAN을 통한 업데이트. 이 점에서, 이 작업의 주요 작업 중 하나입니다.
설계 및 테스트. 결국, 스마트 사서함은 사용자 개입없이 LoRaWAN을 통해 펌웨어 업데이트를 수행 할 수 있어야합니다.. 또한 이러한 업데이트는 조작을 방지하기 위해 암호로 보호되어야합니다.. 드디어, 인식 할 수있는 우편함 장치에 메일이 어떻게 전달되는지 조사합니다.. 다양한 기술을 조사하고 적합한 기술을 확인했습니다..
2.1 로라 완
LoRaWAN은 적은 양의 데이터를 에너지 효율적으로 사용하는 IoT 애플리케이션을위한 LoRaWAN 솔루션으로 장거리 무선 전송이 가능합니다.. LoRa 라디오의 한 손으로 구성됩니다., 물리적 데이터 LoRaWAN 전송 및 LoRaWAN 자체를위한 프로토콜, LoRa를 기반으로하는 MAC 프로토콜이 구축되어 LoRa를 통한 데이터 전송을위한 표준화 된 절차를 제공합니다.. 로라 완, 이 작업의 핵심 포인트 중 하나로, 최종 장치와의 통신에 사용되었습니다., 스마트 사서함 포함.
2.1.1 LoRa는 무엇입니까
LoRa는 Semtech에서 개발 한 두 통신 파트너 간의 무선 통신이 허용 된 주파수 변조 프로세스입니다.. 그것은, 따라서, 물리적 프로토콜 (OSI 계층 1), 물리적 데이터 전송의 변조 만 담당합니다.. LoRa는 주파수 변조 처프를 사용하여 기호를 인코딩합니다.. 사용 된 처프 변조는 "처프"를 사용하여 심볼을 전송합니다.. 주파수는 정의 된 기간 동안 대역폭 전체에서 지속적으로 변경됩니다.. 전송 된 기호는 처프 시작 부분에 대해 정의됩니다..
이 변조가 FSK 또는 PSK에 비해 제공하는 주요 이점은 장거리 및 잡음에 대한 견고성입니다.. 둘 다 사용 된 확산 인자와 대역폭에서 비롯됩니다.. 확산 계수는 단일 처프가 지속되는 시간을 결정합니다., 즉, 얼마나 넓게 퍼지고 있는지”. 더 높은 계수는 더 넓은 기호를 의미합니다., 더 긴 LoRaWAN 전송 범위를 보장합니다., 또한 느린 데이터 전송. LoRa 확산 요인에서 7 에 12 정의, 이는 최대 LoRaWAN 전송 속도를 의미합니다. 37.5 kbit / s ~ 최소 300 비트 / s는 달성 될 수 있습니다. 대역폭은 125 kHz, 250 kHz 또는 500 kHz이며 신호의 범위와 속도에도 영향을 미칩니다.. 이러한 매개 변수의 구체적인 선택은 LoRaWAN에 의해 결정됩니다..
LoRa가 사용하는 주파수는 지역에 따라 다릅니다.. 유럽에서, 당신은 할 수 있습니다 868 MHz 또는 at 433 MHz 전송 가능. 이러한 주파수는 라이센스가없는 스펙트럼이라는 점을 언급하는 것이 중요합니다., 그래서 그들을 사용하는 라이센스 비용이 없습니다. 이를 보완하기 위해, 시간적 적용, 모든 장치가 준수해야하는 제한 사항 보내기. 이들은 사이 0.1% 과 10%, 사용 된 주파수에 따라.
2.1.2 뭐가 로라 완
LoRaWAN은 MAC 프로토콜입니다. (OSI 계층 2), LoRa 기반 (FSK와 함께 사용할 수 있습니다.), 또한 네트워크 프로토콜의 일부 요소 (OSI 계층 3) 포함. 메시지 형식을 정의합니다., 전송을 제어하는 MAC 명령. 기본 LoRa 전송에 대한 매개 변수도 LoRaWAN에 의해 결정됩니다.. 첫 번째 부분은 실제 사양입니다., 메시지 형식을 정의하는, MAC 명령, 및 시퀀스. 지역 매개 변수, LoRa에 대한 특정 설정, LoRaWAN 프로토콜에 대한 일부 조정 또는 추가, 각 지역에 따라 확장 정의로 사용할 수 있습니다..
LoRaWAN 네트워크는 여러 참가자 그룹으로 구성되며 별별 토폴로지로 구성됩니다., 그림과 같이 5. 중간에는 네트워크 서버가 있습니다., LoRaWAN 네트워크의 서버 측 관리이며 클라이언트 애플리케이션 용 API를 제공합니다.. LoRaWAN 애플리케이션을 관리하고 메시지를 보내고받을 수 있습니다.. 이 서버는 IP 연결을 통해 여러 게이트웨이와 통신합니다.. 그들의 주요 임무는 네트워크 서버에서 수신 된 LoRaWAN 패킷을 LoRa를 통해 최종 장치로 전달하는 것입니다.. 따라서, 물리적 매체를 변경하기위한 인터페이스 역할을합니다.. 데이터를 전송하기 위해 하나 이상의 게이트웨이와 통신하는 최종 장치보다 끝에 서십시오.. LoRaWAN 프로토콜은 사용되는 게이트웨이와 최종 장치 사이에만 있습니다.. 나머지 경로 및 해당 형식에 대한 표준이 정의되지 않았습니다., 따라서, 사용되는 특정 응용 프로그램에 따라 다름.
이런 맥락에서, LoRaWAN은 몇 가지 작업을 수행합니다., 아래에 자세히 설명되어 있습니다.. 여기에는 데이터가 다른 방식으로 전송 될 수있는 사용되는 다양한 통신 클래스가 포함됩니다., LoRaWAN 애플리케이션에 장치를 추가하는 두 가지 옵션, 전송 된 데이터의 암호화 및 무결성 검사, 연결 제어를위한 다양한 MAC 명령. 후자는 매우 구체적이고이 작업과 관련이 없기 때문에 더 이상 설명하지 않습니다..
2.1.3 LoRaWAN 데이터 전송 모드
LoRaWAN은 데이터 전송을 위해 세 가지 모드를 지원합니다.. 이러한 각 Modi에는 특정 사용 사례가 있습니다., 장점과 단점, 아래에 나열된.
A 급
A 급 양식 모든 최종 장치에서 사용되는 기본 LoRaWAN 전송 모드이며 게이트웨이가 지원되어야합니다.. ALOHA 원칙에 따라 단말기와 게이트웨이 간의 양방향 통신이 가능합니다.. LoRaWAN의 경우, 이것은 터미널이 언제든지 데이터를 보낼 수 있음을 의미합니다., 그러나 데이터 패킷을 보낸 후 두 개의 짧은 간격에 대해서만 데이터를 수신 할 수 있습니다..
이 모드의 장점은 단말 장치가 데이터를 전송하는 동안에 만 그리고 잠시 후 LoRa 트랜시버를 켜서 응답을 받았다는 것입니다.. 이는 대부분의 시간 동안 비활성화 상태로 유지 될 수 있음을 의미합니다., 에너지를 절약하는. 단점, 하나, 단말기에 데이터가 전혀 없기 때문에 다른 시간에 수신 할 수 있습니다.. 게다가, 전송 된 각 데이터 패킷에 대해 하나만 수신 할 수 있습니다..
클래스 A 작업, 따라서, 주로 업 링크 메시지를 보내고 거의 다운 링크 메시지를 보낼 때 가장 적합합니다.. LoRaWAN은 일반적으로 최종 애플리케이션에 대한 상태 정보 만 제공하는 센서 및 이와 유사한 저 성능 최종 장치에서 가급적이면 대부분의 최종 장치에서 선호되는 데이터 전송 모드에 사용됩니다..
클래스 B
Class-B는 최종 장치에서 지원할 필요가없는 확장입니다.. 이 모드를 사용하면 A 급 외에 최종 장치에서 정기적으로 사용할 수 있습니다.. 먼저 직접 보낼 필요없이 게이트웨이에서 데이터 수신. 비콘에 소위 비콘을 보냅니다. 128 에스, 게이트웨이에 대한 일부 상태 정보를 포함합니다.. 이를 수신하는 최종 장치는 비콘과 핑 슬롯주기를 사용하여 데이터를 수신 할 수있는 시간을 계산할 수 있습니다.. 이를 통해 짧은 순간에 적절한 시간에 LoRa 트랜시버를 켜서 존재할 수있는 모든 데이터를 수신 할 수 있습니다.. 프로세스는 아래와 같습니다..
Class-B는 수신 빈도를 제어하기 위해 핑 슬롯주기를 조정할 수 있으므로 접근성과 에너지 소비 간의 균형을 잘 맞 춥니 다.. 이것은 순수한 Class A 작동보다 더 많은 에너지가 사용됨을 의미합니다., 하지만 LoRa 트랜시버를 끌 수있는 시간이 아직 오래 있습니다.. Class-B의 또 다른 장점은 다음 위치에 데이터를 저장할 수 있다는 것입니다. 8 멀티 캐스트를 여러 장치에 동시에 전송할 수 있습니다., 주소와 키가 동일하다면. 멀티 캐스트 그룹은, 따라서, 창조되다.
장치가 데이터 자체를 전송하지 않고 데이터를 더 자주 수신해야하는 경우 Class-B 사용이 합리적입니다., 그러나 장치는 여전히 에너지 효율적으로 작동해야합니다.. 일반적인 애플리케이션은 시간이 중요하지 않은 상태에서 정기적으로 제어 할 수있는 최종 장치입니다..
클래스 -C
마지막, 또한 선택 사항, 전송 모드는 Class-C입니다.. 이것에, 언제라도 게이트웨이에서 데이터를 수신 할 수 있도록 수신 상태에있는 스위치 터미널. Class-A 전송 옵션은 아래 그림과 같습니다..
Class-C의 장점은 언제든지 데이터를받을 수 있다는 것입니다.. 하나, 이것에 대한 가격은 높은 에너지 소비입니다, 최종 장치는 LoRa 트랜시버를 항상 활성 상태로 유지해야하기 때문에. 여기에서 멀티 캐스트 LoRaWAN 전송도 가능합니다..
Class-C는 단기간에 대량의 데이터를 전송해야하거나 시간이 중요한 전송이 발생할 때만 사용해야합니다.. 이 모드는 배터리 작동에 너무 많은 에너지를 소비하므로 이러한 최종 장치에는 영구 전원 공급 장치가 있어야합니다..
