LoRaWAN 전송 속도와 심사 항목

LoRaWAN 전송

만약 IoT 디바이스의 가장 중요한 능력은 의사 소통이다. 응용 프로그램의 다른 영역과 서로 다른 프로토콜이 있습니다. 와이파이 동안, 블루투스, 지그비 (Zigbee) 또는 다른 무선 표준은 종종 가정에서 짧은 거리에 사용됩니다, 장치는 다른 위치에 다른 기술을 사용할 수 있습니다. 기술의 이러한 그룹은 LoRaWAN 전송입니다. 하나, 이러한 대역폭의 비용으로 대부분의 다른 무선 표준보다 훨씬 더 긴 범위와 더 나은 에너지 효율성의 이점을 가지고. 보여주는 아래 사진은 다른 무선 통신 프로토콜들에 비해 LoRaWAN. 최종 장치 위치에 설치되어있는 경우 LoRaWAN 기술은 주로 사용되는 달성하기 어려운 다른 기술 만 작업, 하거나 에너지 효율이 매우 중요하다. 이 LoRaWAN에서 LPWAN 기술로 사용된다.

하나, 범위와 전력 소모는 만약 IoT에서 유일하게 중요한 포인트 아니다. 종종 무시 하나의 문제는 네트워크 장치의 보안입니다. 중에서 2017 과 2018 혼자, 만약 IoT 디바이스를위한 알려진 악성 코드의 수는 거의 배로 증가. 그러나 유일한 위협 악성 아니다. 만약 IoT 디바이스 많은 데이터가 부적절하게 보호 보내기, 여잔 인프라에 따라서, 해당 데이터에 대한 공격을 야기. 스파이 활동, 데이터의 조작 및 시스템의 전체 인수는 전형적인 공격 시나리오입니다.

만약 IoT 보안의 또 다른 주제와 관련된 펌웨어 업데이트입니다; 그들이 장치에 새로운 기능을 가지고 제조업을 활성화하고, 보안 사고의 경우, 활성화하는 데 사용하지 않고이를 해결하기. 그 공격자는 장치에 가짜 펌웨어를 주입 할 수 없습니다 그래서 업데이트도 안전한 방식으로 수행하는 것이 매우 중요합니다.

데이터 전송을위한 LoRaWAN 프로토콜을 사용하여 펌웨어 업데이트 및 최종 장치를 결합하여 완전히 새로운 도전을 생성. IP 기반 기술 동안, 이러한 B로서. W-LAN, 특정 프로토콜에 대한 몇 가지 제안은 이미있다, LoRaWAN를 통해 업데이트는 여전히 크게 미개척된다. 고전적인 프로토콜을 사용할 수없는 이유는 LoRaWAN 기술의 제한에서 찾을 수 있습니다. LoRaWAN, 예를 들면, 데이터 레이트 및 LoRaWAN 전송 속도의 측면에서 높은 한계가 있고 표준화 된 전송 프로토콜이없는, 데이터 전송의 손실을 보상 할 수있을.

1.1 스마트 사서함

이 작품에서, 특정 응용 프로그램을 고려하고, 만약 IoT 보안의 다양한 주제를 조사하고 있습니다. 스마트 사서함이 개발되었다, 어떤 통지 스마트 폰을 통해 사용자 메일이 메일 박스에 수신 된 때.

1.1.1 사용 사례

어떤 메일이 그 안에있을 경우 스마트 메일 박스의 기본 개념은 사용자가 지속적으로 찾아 자신의 사서함을 열 필요가 없습니다 있는지 확인하는 것입니다. 대신, 메일이있는 한 그는 사서함에 즉시 자신의 모바일 장치에 알림을받을. 이것은 사용자의 시간은 사용자로부터 멀리 또는 거의 메일을 포함하지 않는 것을 주장 사서함에 불필요한 때문에이 아니라고 장점이있다.

응용 프로그램의 기능은 의도적으로 인해 보안 및 에너지 효율성에 초점의 작은 보관. 게다가, 응용 프로그램은로 개발 “신장”. 어떤 letterboxes를 설치하는 것은 사용자의 부분에 약간의 노력으로이 작업을 수행 할 수 있어야한다. 배터리 작동 및 소형 폼 팩터는 따라서 프로젝트에 대한 요구 사항.

1.1.2 LoRaWAN 전송으로 관찰 주제

앞서 언급 한 바와 같이, 작품의 초점은 만약 IoT 보안에. 게다가, 에너지 효율이 고려된다. 이러한 우선 순위에서, 첫 번째 점이었다 스마트 메일 박스를 사용하여 검사하는 여러 하위 항목이 보안되어 있습니다, E2E 암호화 데이터 전송 LoRaWAN. 특히, 공공 장소에서 사서함, 공격자가 결정할 수 있습니다 찾을하지 않는 것이 중요합니다 유무 및 정도 메일 사서함에. 침입의 가치가 될 경우 쉽게 찾을 수 있습니다이 방지. 보호 사서함의 상태에 대해 거짓 정보를 수신에서 사용자를 방지하기 위해 또한 조작에 대한 중요. 게다가, 그것은 이러한 작업을위한 암호화 키의 협상이 안전한 방법을 찾을 수있는 장치 또는 타사의 제조업체없이 수행 할 수 있습니다 무엇인지 정도 조사.

조사의 다음 주요 포인트는 LoRaWAN를 통해 보안 펌웨어 업데이트입니다. 펌웨어의 전송에 관한 공식 표준은 없습니다. LoRaWAN를 통해 업데이트. 이와 관련, 그것은이 작품의 주요 작업 중 하나입니다
설계 및 테스트에. 마침내, 스마트 메일 박스는 사용자 개입없이 LoRaWAN를 통해 펌웨어 업데이트를 수행 할 수 있어야한다. 이 업데이트는 암호 조작을 방지하기 위해 보안을 유지해야합니다. 드디어, 메일을 인식 할 수있는 사서함 장치에 슬로우됩니다 어떻게 조사. 다양한 기술을 조사하고 적절한 일이 확인되었다.

2.1 LoRaWAN

LoRaWAN 데이터 에너지 효율의 소량의 IoT 애플리케이션 용 LoRaWAN 솔루션 큰 거리에서 무선으로 송신 될 수있다. 그것은 로라 라디오의 한 손으로 구성, 물리적 데이터 LoRaWAN 전송 및 LoRaWAN 자체 한편 프로토콜, 로라에 기초하는 MAC 프로토콜 축적 및 로라 통한 데이터의 전송을위한 표준화 된 방법을 제공한다. LoRaWAN, 이 작품의 핵심 포인트 중 하나, 최종 디바이스와의 통신에 사용 된, 스마트 메일 박스 포함.

2.1.1 로라 무엇입니까

로라 두 통신 파트너 사이 셈 테크 무선 통신에 의해 개발 된 주파수 변조 처리 허용. 그것은, 따라서, 물리적 프로토콜 (강도 층 1), 이는 전용 물리적 데이터 송신의 변조 인계. 로라 인코딩 심볼에 주파수 변조를 사용 처프. 사용 용도 챠프 변조는 송신 심볼 "처프". 주파수는 지속적으로 지정된 기간에 걸쳐 대역폭에 걸쳐 변경. 전송 된 심볼은 첩의 시작이 정의에 관하여이다.

FSK 또는 PSK에 비해이 변조 이벤트 장거리 및 소음에 대한 견고성 것을 주요 장점. 둘 다 사용 확산 률 및 대역폭에서 있습니다. 확산 인자는 하나의 첩의 지속 기간 결정, 즉, 너비는 "확산되고있다. 높은 계수 기호 넓은 의미, 이는 더 이상 LoRaWAN 전송 범위를 보장, 또한 느린 데이터 전송. 로라에서의 확산율 7 에 12 정의, 이는 최대 LoRaWAN에서 전송 속도를 의미 37.5 Kbit에서 / 의 최소이야 300 비트 / 의를 달성 할 수있다. 대역폭은 고정되어 125 kHz에서, 250 kHz에서 또는 500 또한 ㎑의 신호의 범위 및 속도에 영향을 미친다. 이러한 매개 변수의 구체적인 선택은 LoRaWAN에 의해 ​​결정된다.

주파수 로라의 용도 영역에 의존한다는. 유럽에서, 당신은 할 수 868 MHz 이상에서 433 MHz의 전송 될 수 있습니다. 이들 주파수가 라이센스가없는 스펙트럼 것을 언급하는 것이 중요하다, 그래서 그들을 사용 할 라이센스 비용이 없다. 이를 보상하기 위해, 시간 적용, 모든 장치가 준수해야한다는 제한을 보내. 이들은 사이 0.1% 과 10%, 사용 빈도에 따라.

2.1.2 뭐가 LoRaWAN

LoRaWAN은 MAC 프로토콜 (강도 층 2), 이는 로라에 기초 (또한 FSK 사용할 수 있습니다로), 네트워크 프로토콜 및 일부 요소 (강도 층 3) 포함. 이 메시지 형식을 정의, 뿐만 아니라, MAC는 전송을 제어하는 ​​명령으로서. 기본 로라 전송 매개 변수는에 의해 결정된다 LoRaWAN. 첫 번째 부분은 실제 규격 인, 이는 메시지 형식을 정의, 는 MAC 명령, 상기 시퀀스. 지역 변수, 로라에 대한 어떤 특정 설정, LoRaWAN 프로토콜뿐만 아니라 일부 조정 또는 추가 등, 각각의 영역에 따라 정의한대로 확장 가능.

LoRaWAN 네트워크는 여러 그룹의 참가자로 구성되어 있으며 스타 별 스타 토폴로지로 구성되어, 도면에 도시 된 바와 같이 5. 중간에 네트워크 서버입니다, LoRaWAN 네트워크 및 이벤트 클라이언트 응용 프로그램을위한 API의 서버 측 관리는이다. LoRaWAN 응용 프로그램을 모두 전송 관리를받을 메시지를 보내. 이 서버는 IP 연결을 통해 여러 게이트웨이와 통신. 일차 태스크 로라 반대로 통해 상기 단말 장치에 네트워크 서버로부터 수신 LoRaWAN 패킷을 전달하는. 따라서, 이들은 물리적 매체를 변경하기위한 인터페이스 역할. 데이터를 전송하기 위해 하나 이상의 게이트웨이와 통신하는 단말 장치에 비해 최종 스탠드. LoRaWAN 프로토콜 만 사용하는 게이트웨이와 단말 장치 사이. 표준은 나머지 경로와 해당 형식에 대해 정의되지 않는다, 따라서, 사용되는 특정 응용 프로그램에 따라 다릅니다.

이러한 맥락에서, LoRaWAN은 일부 작업에 소요, 이는 아래에서 더 설명한다. 이 데이터를 사용하는 상이한 통신 클래스는 다른 방식으로 전송 될 수있다 포함, LoRaWAN 응용 프로그램에 장치를 추가하기위한 두 가지 옵션, 송신 된 데이터의 암호화 및 무결성 검사, 상기 연결 제어를위한 다양한 MAC 명령어. 후자는 그들이 매우 구체적이며이 작업과 관련이없는 때문에 더 설명하지 않는다.

2.1.3 LoRaWAN 데이터 전송 모드

LoRaWAN는 데이터 전송을위한 세 가지 모드를 지원. 이러한 모디 각각의 특정 사용 사례가 있습니다, 뿐만 아니라 장점과 단점 등, 이는 아래에 나열되어.

A 급

A 급 방법 모든 단말 장치 및 게이트웨이에 의해 사용되는 기본 LoRaWAN 송신 모드가 지원해야한다. 그것은 ALOHA 원리에 기초하여 단말과 게이트웨이 간의 양방향 통신을 허용. LoRaWAN의 경우, 이 방법은 터미널 언제든지 데이터를 전송할 수있다, 하지만 데이터 패킷을 전송 한 후 단지 두 짧은 하나의 간격은 데이터를 수신 할 수.

이 모드의 장점은 데이터를 전송하고 곧 로라 트랜시버에이 턴 후 동안에 만 터미널 장치가 응답에 도착받을 수 있다는 것입니다. 그것은 대부분의 시간을 비활성화 상태를 유지할 수있는이 수단, 이는 에너지를 절약. 단점, 하나, 단말기가받을 수있는 모든 다른 시간에 데이터가없는 것입니다. 게다가, 하나의 각 데이터 패킷이 수신 될 보낸 것을 가능.

클래스 A 작업, 따라서, 주로 업 링크 메시지와 거의 다운 링크 메시지를 보내는 가장 적합한. 바람직 센서 만 정상적으로 종료 애플리케이션에 대한 상태 정보를 제공하는 유사한 저 성능의 단말 장치에 LoRaWAN 때문에 대부분의 단말 장치 양호한 데이터 전송 모드에 사용되는.

LoRaWAN 전송 클래스 A

클래스 B

클래스 B는없는 확장 최종 장치에 의해 지원 될 것입니다. 이 모드에 의해 일정한 간격으로 A 급 외에도 단말 장치에 의해 사용될 수있다. 먼저 직접 보내지 않고도 게이트웨이에서 데이터를 수신. 비콘에 모든 비콘 소위 전송 128 에스, 게이트웨이에 대한 몇 가지 상태 정보를 포함하는. 이 후, 데이터가 수신 될 수있는 시간을 계산하기 위해 비컨 및 핑 슬롯의 주기성을 사용하여 수신 단말 장치. 이 짧은 순간이있을 수있는 모든 데이터를 수신하기 위해 로라 트랜시버에 전환을 위해 그들에게 적절한 시간에 할 수 있습니다. 이 과정은 아래 도시.

LoRaWAN 전송 B 급

클래스 B 제공 핑 슬롯주기 이후 접근성과 에너지 소비 사이의 균형은 수신해야하는 빈도를 제어로 조정할 수 있습니다. 더 많은 에너지가 순수 클래스 A 작업에 대한보다 사용하는 것이이 수단, 하지만 로라 트랜시버가 해제 할 수있는 긴 기간이 아직 없습니다. 클래스 B의 또 다른 장점은 데이터를 저장하는 기능입니다 8 동시에 여러 장치들에 멀티 캐스트 송신 할 수 있도록, 한 주소와 키가 동일로. 멀티 캐스트 그룹 수, 따라서, 생성.

장치가 데이터 자체를 전송하지 않고 더 자주 데이터를 수신 할 경우 클래스 B의 사용은 의미가 있습니다, 그러나 장치는 여전히 작업에 에너지 효율적이있다. 일반적인 응용 프로그램은 시간이 중요하지 않고 제어 할 수 있습니다 규칙적 최종 장치가 될 것입니다.

클래스 C

마지막, 또한 옵션, 전송 모드는 클래스 C 인. 이에, 언제든지 게이트웨이로부터 데이터를 수신 할 수있는 단말기에 영구적으로 수신 스위치. A 급으로 전송하는 옵션은 아래 그림과 같이 남아.

LoRaWAN 전송 클래스 C

클래스 C의 장점은 데이터를 언제라도 수신 될 수 있다는. 하나, 이것에 대한 가격은 높은 에너지 소비입니다, 최종 장치는 항상 트랜시버 활성화 로라를 유지해야하기 때문에. 멀티 캐스트 전송 LoRaWAN 여기도 좋다.

대량의 데이터가 시간 또는 시간 크리티컬 때 전송이 발생하는 짧은 기간 동안 전송 될 수있을 때 클래스 C 만 표기. 이 모드는 배터리 작동을 위해 너무 많은 에너지를 소모하기 때문에 이러한 엔드 장치는 영구적 인 전원 공급 장치가 있어야합니다.