Onderzocht Onderwerpen Met LoRaWAN Transmission Speed

LoRaWAN transmissie

De belangrijkste mogelijkheden van ivd apparaten is dat van communicatie. Er zijn verschillende protocollen verschillende toepassingsgebieden. terwijl WiFi, Bluetooth, Zigbee of andere radio-standaarden worden vaak gebruikt voor korte afstanden in de woning, apparaten hebben om elders te worden geplaatst gebruik maken van alternatieve technologieën. Een dergelijke groep van technologieën LoRaWAN transmissie. Echter, deze hebben het voordeel van een aanzienlijk groter bereik en betere energie-efficiëntie dan de meeste andere radio-normen ten koste van de bandbreedte. De afbeelding hieronder toont LoRaWAN vergelijking met enkele andere draadloze communicatieprotocollen. LoRaWAN technologieën worden meestal gebruikt wanneer end apparaten in locaties worden geïnstalleerd die werken alleen met andere technologieën die moeilijk te bereiken zijn, of wanneer de energie-efficiëntie van groot belang. In dit LoRaWAN wordt gebruikt als LPWAN technologie.

Echter, range en het energieverbruik zijn niet de enige belangrijke punten in het Internet of Things. Een kwestie die vaak wordt veronachtzaamd is de veiligheid van de apparaten in het netwerk. Tussen 2017 en 2018 alleen, het aantal bekende malware voor ivd-apparaten steeg bijna verviervoudigd. Maar malware is niet de enige bedreiging. Veel ivd-apparaten gegevens verzenden onvoldoende beschermde, waardoor aanvallen van die gegevens en dus ook op de ivd infrastructuur. Spionage, manipulatie van gegevens en de volledige overname van systemen zijn voorbeelden aanval scenario.

Een ander relevant onderwerp in ivd beveiliging is firmware-updates; zij fabrikanten in staat om nieuwe functies om apparaten te brengen en, bij veiligheidsincidenten, om ze te verhelpen zonder dat de gebruiker om actief te worden. Het is uitermate belangrijk dat de updates ook op een veilige manier worden uitgevoerd zodat de aanvallers in staat zijn om nep firmware te injecteren in een apparaat.

De combinatie van firmware-updates en het einde apparaten die een LoRaWAN protocol te gebruiken voor datatransmissie zorgt voor een compleet nieuwe uitdaging. Terwijl voor IP-gebaseerde technologieën, zoals B. WLAN, er zijn al een aantal suggesties voor specifieke protocollen, updates via LoRaWAN nog grotendeels onontgonnen. De reden dat de klassieke protocollen niet kan worden gebruikt ligt in de beperking van LoRaWAN technologieën. LoRaWAN, bijvoorbeeld, heeft een hoge beperkingen qua gegevenssnelheid en LoRaWAN transmissiesnelheid en heeft geen gestandaardiseerde transportprotocol, die compenseert verliezen in datatransmissie zou.

1.1 De slimme mailbox

In dit werk, een specifieke toepassing wordt beschouwd en diverse onderwerpen van ivd veiligheid onderzocht. Een slimme mailbox werd ontwikkeld, die waarschuwt de gebruiker via hun smartphone wanneer de post wordt in de mailbox is ontvangen.

1.1.1 Use case

Het basisidee van de smart mailbox is ervoor te zorgen dat de gebruiker niet constant hoeft te zijn mailbox te openen om te zien of er sprake is van e-mail in te. In plaats daarvan, hij moet een melding op zijn mobiele apparaat zodra er e-mail is in de mailbox. Dit heeft het voordeel dat de tijd van de gebruiker niet onnodig te wijten aan brievenbussen die ver van de gebruiker of die zelden bevatten mail wordt geclaimd.

De functies van de applicatie zijn bewust klein gehouden vanwege de focus op beveiliging en energie-efficiëntie. Daarnaast, de applicatie is ontwikkeld als een “uitbreiding”. Het moet mogelijk zijn om dit te doen met weinig inspanning van de kant van de gebruiker om het even welke brievenbussen te installeren. Batterijvoeding en een small form factor zijn dus ook eisen voor het project.

1.1.2 Onderzocht onderwerpen met LoRaWAN transmissie

Zoals eerder gezegd, de focus van het werk is op ivd veiligheid. Daarnaast, energie-efficiëntie wordt beschouwd. Uit deze prioriteiten, er zijn verschillende subthema's die zijn onderzocht met behulp van de smart mailbox het eerste punt zijn geweest wordt de beveiligde, E2E-gecodeerde data overdracht LoRaWAN. Vooral met brievenbussen in de openbare ruimtes, is het belangrijk dat de aanvaller niet te weten kan bepalen of en hoeveel e-mail is in de mailbox. Dit voorkomt dat die makkelijk kunt nagaan of een inbraak zou de moeite waard zijn. Bescherming is ook belangrijk tegen manipulatie te voorkomen dat de gebruiker het ontvangen van valse informatie over de toestand van de mailbox. Daarnaast, wordt onderzocht in hoeverre de onderhandelingen over cryptografische sleutels voor deze taken is een veilige manier kan worden uitgevoerd zonder de fabrikant van de inrichting of derden voorbeeld worden uitgevoerd.

De volgende belangrijkste punt van onderzoek is de veilige firmware-updates via LoRaWAN. Er is momenteel geen officiële standaard met betrekking tot de overdracht van firmware. Updates via LoRaWAN. In dit opzicht, het is een van de belangrijkste taken van dit werk
te ontwerpen en testen. Uiteindelijk, de slimme mailbox moet in staat firmware updates uit te voeren via LoRaWAN zonder tussenkomst van de gebruiker. Deze updates moeten ook cryptografisch beveiligd tegen manipulatie te voorkomen. Tenslotte, wordt onderzocht hoe de mail in een mailbox apparaat dat kan worden herkend wordt geworpen. Verschillende technieken werden onderzocht en geschikte geïdentificeerd.

2.1 LoRaWAN

LoRaWAN een LoRaWAN ivd oplossing voor toepassingen met een kleine hoeveelheid data energiezuinig en kan draadloos worden verzonden over grote afstanden. Het bestaat uit enerzijds Lora radio, een protocol voor fysische gegevens LoRaWAN transmissie en anderzijds van LoRaWAN zelf, een MAC protocol dat is gebaseerd op Lora opbouwt en een gestandaardiseerde procedure voor de overdracht van gegevens via LORA. LoRaWAN, als een van de belangrijkste punten in dit werk, werd gebruikt voor communicatie met de eindapparaten, met inbegrip van de slimme mailbox.

2.1.1 Wat is lora

Lora is een frequentiemodulatie proces Semtech draadloze communicatie ontwikkeld tussen twee communicatiepartners toegestaan. Het is, daarom, fysiek protocol (inbreker Layer 1), die Klaar via modulatie van de fysieke datatransmissie. Lora gebruikt frequentiegemoduleerde chirps te coderen symbolen. De chirp modulatie gebruikt maakt gebruik van “piepen” to transmit symbolen. De frequentie continu veranderd over de bandbreedte over een bepaalde tijdsperiode. De overgedragen symbolen zijn over het begin van de chirp gedefinieerd.

De belangrijkste voordelen die deze modulatie biedt in vergelijking met FSK of PSK zijn de lange afstand en de robuustheid tegen lawaai. Beide zijn van de verspreiding factor en de gebruikte bandbreedte. Het uitrijden factor bepaalt hoe lang een enkele piep duurt, dat wil zeggen hoe breed het verspreiden”. Een hogere factor betekent breder symbolen, die zorgt voor langere LoRaWAN zendbereiken, maar ook langzamer datatransmissie. Lora spreidingsfactoren van 7 naar 12 is gedefinieerd, Dit betekent LoRaWAN overdrachtssnelheid van maximaal 37.5 kbit / Tussen minimaal 300 beetje / s kan worden bereikt. De bandbreedte is vastgesteld op 125 kHz, 250 kHz of 500 kHz en beïnvloedt ook het bereik en de snelheid van het signaal. De concrete keuze van deze parameters wordt bepaald door LoRaWAN.

De frequenties die Lora toepassingen zijn afhankelijk van de regio. In Europa, jij kan 868 MHz of 433 MHz kunnen worden verzonden. Het is belangrijk te vermelden dat deze frequenties zijn licentievrije spectra, dus er is geen licentievergoeding om ze te gebruiken. Om dit te compenseren, toepassing temporele, stuur beperkingen die alle apparaten moeten voldoen aan. Deze zijn tussen 0.1% en 10%, afhankelijk van de gebruikte frequentie.

2.1.2 Wat is LoRaWAN

LoRaWAN is een MAC protocol (inbreker Layer 2), die is gebaseerd op Lora (maar ook met FSK gebruikt kan worden), en ook enkele elementen van een netwerkprotocol (inbreker Layer 3) bevat. Het definieert een boodschap formaat, evenals het MAC-commando's om de overdracht te regelen. De parameters voor de onderliggende Lora transmissie worden mede bepaald door LoRaWAN. Het eerste deel is de eigenlijke specificatie, die definieert de berichtformaten, het MAC-commando's, en de sequentie. De regionale parameters, die specifieke instellingen voor Lora, evenals een aantal aanpassingen en toevoegingen aan de LoRaWAN protocol, beschikbaar als uitbreiding bepalen afhankelijk van de betreffende regio.

Een LoRaWAN netwerk bestaat uit verschillende groepen van deelnemers en wordt georganiseerd in een ster-by-ster-topologie, zoals te zien in figuur 5. In het midden is de netwerkserver, die de server-side beheer van het netwerk LoRaWAN en biedt een API voor client toepassingen. Beheer LoRaWAN toepassingen en zowel verzenden en berichten te verzenden te ontvangen. Deze server communiceert met meerdere gateways via een IP-verbinding. Hun primaire taak is om de LoRaWAN pakketten ontvangen van de netwerkserver tot het einde apparaten doorsturen via Lora en vice versa. Overeenkomstig, ze dienen als een interface voor het veranderen van de fysieke medium. Stand aan het eind dan aan het einde apparaten die communiceren met één of meer gateways om hun gegevens te verzenden. De LoRaWAN protocol slechts tussen de gateway en de eindapparaten gebruikte. Geen standaard is gedefinieerd voor de resterende paden en dat formaat, daarom, afhankelijk van de specifieke toepassingen gebruikt.

In deze context, LoRaWAN neemt een aantal taken, die hierna uiteengezet. Dit omvat de verschillende communicatie-klassen die worden gebruikt gegevens kunnen op verschillende manieren worden overgedragen, de twee opties voor het toevoegen van apparaten op een LoRaWAN applicatie, de versleuteling en integriteitscontrole van de verzonden gegevens, en de verschillende MAC-commando's voor het besturen van de verbinding. De laatste zal niet nader worden toegelicht, omdat ze zijn zeer specifiek en niet om dit werk relevant.

2.1.3 LoRaWAN gegevensoverdracht modes

LoRaWAN ondersteunt drie verschillende modi voor gegevensoverdracht. Elk van deze Modi heeft specifieke use cases, alsmede voor- en nadelen, die zijn gevonden.

Klasse A, eerste klasse

Klasse A, eerste klasse mode wordt de primaire LoRaWAN overdrachtsmodus door alle eindapparaten en gateways moeten worden ondersteund. Het maakt bidirectionele communicatie tussen de terminal en de gateway op basis van het ALOHA principe. Bij LoRaWAN, Dit betekent een terminal kan te allen tijde sturen, maar alleen voor twee korte iemands intervallen na het versturen van een datapakket kan ook gegevens ontvangen.

Het voordeel van deze uitvoering is dat een terminalinrichting alleen tijdens het verzenden van gegevens en kort daarna inschakelen van de Lora zendontvanger ontvangt een antwoord moet. Dit betekent dat het gedeactiveerde kan blijven het grootste deel van de tijd, die bespaart energie. Het nadeel, echter, is dat de terminal geen gegevens op alle andere tijden heeft kan ontvangen. Daarnaast, slechts een kan worden ontvangen voor elk datapakket verstuurd worden.

Klasse A werking, daarom, is het meest zinvol wanneer in de eerste plaats het verzenden van uplink berichten en zelden downlink berichten. Aangezien LoRaWAN voorkeur sensoren en dergelijke klein vermogen geavanceerde apparaten die normaal alleen statusinformatie voor een eindtoepassing wordt gebruikt voor de meeste eindinrichtingen de gewenste data overdrachtsmodus.

LoRaWAN transmissie klasse een

Klasse B

Klasse-B een extensie die niet hoeft te worden ondersteund door eindapparaten. Door deze functie kan worden gebruikt eindapparaten naast klasse-A regelmatig. Gegevens ontvangen van de gateway zonder eerst om het zelf te sturen. Om het baken stuurt een zogenaamde beacon elke 128 s, die sommige statusinformatie over de gateway bevat. Eindinrichtingen dat ontvangen kan vervolgens de beacon en ping sleuf periodiciteit de tijd waarmee data kan worden ontvangen berekenen. Dit stelt hen in staat om op het juiste moment voor de korte momenten inschakelen van de Lora transceiver om alle gegevens die aanwezig kunnen zijn ontvangen. De werkwijze wordt hieronder.

LoRaWAN transmissie klasse B

Class-B biedt een goede balans tussen toegankelijkheid en energieverbruik weer sinds de ping slot periodiciteit kan worden aangepast om te bepalen hoe vaak het moet worden ontvangen. Dit betekent dat er meer energie wordt gebruikt dan voor pure klasse A werking, maar er zijn nog lange perioden waarin Lora zendontvanger uitgeschakeld. Een ander voordeel van klasse B is de mogelijkheid om gegevens opslaan in 8 kunnen multicast gelijktijdig toekomen aan meerdere apparaten, zolang het adres en de toetsen zijn hetzelfde. Multicast groepen kan, daarom, worden gecreëerd.

Het gebruik van klasse B is vooral zinvol wanneer een apparaat om gegevens vaker ontvangen zonder het verzenden van gegevens zelf, maar het apparaat heeft nog steeds aan het werk energie-efficiënt. Een typische toepassing zou zijn eindapparaten die regelmatig zijn kunnen worden geregeld zonder tijdkritische.

Class-C

De laatste, ook optioneel, de transmissiemodus klasse C. In deze, De schakelaars terminal permanent aan de receptie om te kunnen gegevens van de gateway op elk gewenst moment. De optie van de transmissie met klasse-A blijft als in de afbeelding hieronder.

LoRaWAN transmissie klasse c

Het voordeel van klasse C die kunnen worden ontvangen op elk moment. Echter, de prijs daarvoor is hoog energieverbruik, aangezien het eindapparaat Lora bewaart zendontvanger altijd actief. LoRaWAN multicast transmissie ook hier.

Klasse-C alleen gebruiken wanneer grote hoeveelheden data over een korte periode of wanneer tijdkritische overdracht opkomen bij te dragen. Dergelijke end apparaten moet een permanente stroomvoorziening hebben sinds deze modus verbruikt te veel energie op accu's.