Tópicos examinados com LoRaWAN Velocidade de transmissão

Transmissão LoRaWAN

A habilidade mais importante de dispositivos da Internet das coisas é o da comunicação. existem diferentes protocolos com diferentes áreas de aplicação. enquanto WiFi, Bluetooth, Zigbee ou outros padrões de rádio são frequentemente utilizados para curtas distâncias em casa, dispositivos têm de ser localizado em outro lugar utilizar tecnologias alternativas. grupo tal de tecnologias é a transmissão LoRaWAN. Contudo, Estes têm a vantagem de uma eficiência significativamente maior alcance e melhor energia do que a maioria dos outros padrões de rádio em detrimento da largura de banda. A figura abaixo mostra LoRaWAN comparação com alguns outros protocolos de comunicação sem fio. tecnologias LoRaWAN são usados ​​principalmente quando os dispositivos finais são instalados em locais que só o trabalho com outras tecnologias que são difíceis de alcançar, ou quando a eficiência energética é de grande importância. Neste LoRaWAN é utilizada como tecnologia LPWAN.

Contudo, gama e o consumo de energia não são os pontos unicamente importantes na IdC. Uma questão que é muitas vezes negligenciada é a segurança de dispositivos em rede. Entre 2017 e 2018 sozinho, o número de malwares conhecidos para dispositivos da Internet das coisas aumentou quase quadruplicou. Mas o malware não é a única ameaça. Lotes de dispositivos da Internet das coisas enviar dados inadequadamente protegida, causando ataques a esses dados e, assim, também sobre a infra-estrutura de Internet das coisas. Espionagem, manipulação de dados e a aquisição completa de sistemas são cenários de ataque exemplares.

Outro tema relevante na segurança da Internet das coisas é atualizações de firmware; eles permitem que os fabricantes de trazer novas funções para os dispositivos e, em caso de incidentes de segurança, remediá-los sem que o usuário ter que se tornar ativo. É extremamente importante que as atualizações também são realizadas de forma segura para que os atacantes são incapazes de injetar firmware falso em um dispositivo.

Combinando atualizações de firmware e dispositivos finais que usam um protocolo LoRaWAN para transmissão de dados cria um desafio completamente novo. Enquanto para tecnologias baseadas em IP, tal como B. W-LAN, já existem algumas sugestões de protocolos específicos, atualizações via LoRaWAN ainda são largamente inexplorado. A razão que os protocolos clássicos não podem ser utilizados podem ser encontrados nas restrições de tecnologias LoRaWAN. LoRaWAN, por exemplo, tem grandes limitações em termos de taxa de dados e a velocidade de transmissão LoRaWAN e não tem qualquer protocolo de transporte normalizada, que compensa as perdas de transmissão de dados podia.

1.1 A caixa de correio inteligente

Neste trabalho, uma aplicação específica é considerada e vários tópicos de segurança da Internet das coisas são examinados. Uma caixa de correio inteligente foi desenvolvido, que notifica o usuário através de seu smartphone quando o correio é na caixa de correio foi recebida.

1.1.1 caso de uso

A idéia básica da caixa de correio inteligente é ter certeza de que o usuário não constantemente tem que abrir sua caixa de correio para descobrir se existe qualquer e-mail nele. Em vez de, ele deve receber uma notificação em seu dispositivo móvel, assim que existe correio na caixa de correio. Isto tem a vantagem de que o tempo do usuário não é devido desnecessário caixas de correio que estão longe de ser o usuário ou que raramente contêm correio é reivindicada.

As funções do aplicativo são deliberadamente mantido pequeno por causa do foco na segurança e eficiência energética. além do que, além do mais, a aplicação foi desenvolvida como um “extensão”. Deve ser possível fazer isso com pouco esforço por parte do usuário para instalar quaisquer caixas de correio. funcionamento com bateria e um pequeno fator de forma é, portanto, também os requisitos para o projeto.

1.1.2 temas examinados com transmissão LoRaWAN

Como mencionado anteriormente, o foco do trabalho é a segurança da Internet das coisas. além do que, além do mais, eficiência energética é considerada. A partir dessas prioridades, existem vários subtemas que são examinados usando a caixa de correio inteligente ter sido o primeiro ponto é o seguro, transmissão LoRaWAN dados E2E-criptografado. Especialmente com caixas de correio em áreas públicas, é importante que um atacante não descubra pode determinar se e quanto de correio na caixa de correio. Isto evita que pode facilmente descobrir se um no-break seria interessante. Proteção também é importante contra a manipulação para evitar que o usuário receber informações falsas sobre a condição da caixa de correio. além do que, além do mais, ele é examinado em que medida a negociação de chaves criptográficas para estas tarefas é uma forma segura pode ser realizada sem que o fabricante do dispositivo ou de terceiros pode descobrir.

O próximo ponto principal da investigação é as atualizações de firmware seguras através LoRaWAN. Não há atualmente nenhuma norma oficial sobre a transferência de firmware. Atualizações via LoRaWAN. A este respeito, é uma das principais tarefas deste trabalho
para projetar e testar. No final, a caixa de correio inteligente deve ser capaz de realizar atualizações de firmware via LoRaWAN sem intervenção do usuário. Essas atualizações também devem ser criptograficamente garantido para prevenir a manipulação. Finalmente, ele é examinado como o correio é jogado em um dispositivo de caixa de correio que podem ser reconhecidos. Várias tecnologias foram examinados e um adequado foi identificado.

2.1 LoRaWAN

LoRaWAN é uma solução LoRaWAN para aplicações IdC com uma pequena quantidade de dados energeticamente eficiente e pode ser transmitida sem fios ao longo de grandes distâncias. Ele consiste em um lado do rádio Lora, um protocolo para a transmissão de dados físico LoRaWAN e por outro lado de si LoRaWAN, um protocolo de MAC, que é baseado em lora acumula-se e fornece um processo normalizado para a transferência de dados através de Lora. LoRaWAN, como um dos pontos-chave neste trabalho, foi utilizado para a comunicação com os dispositivos finais, incluindo a caixa de correio inteligente.

2.1.1 O que é Lora

Lora é um processo de modulação de frequência desenvolvido por uma comunicação sem fios Semtech entre dois parceiros de comunicação permitidos. Isto é, Portanto, um protocolo física (Camada de assaltante 1), que leva apenas através da modulação da transmissão de dados físico. Lora usa silvos de freqüência modulada para codificar símbolos. A modulação chirp usado usos “ruídos” de símbolos de transmissão. A frequência é continuamente alterado em toda a largura de banda ao longo de um período de tempo definido. Os símbolos transferidos são sobre o início do chirp são definidos.

As principais vantagens que esta modulação ofertas em comparação com FSK ou PSK são a longo prazo e a robustez contra o ruído. Ambos são do factor de dispersão e largura de banda utilizada. O fator espalhando determina quanto tempo um único chirp dura, ou seja, o quão grande ele está se espalhando”. Um factor mais elevado significa símbolos mais amplas, o que assegura mais longos intervalos de transmissão LoRaWAN, mas a transmissão de dados também mais lento. Em Lora fatores de propagação 7 para 12 é definido, o que significa LoRaWAN velocidade de transmissão a partir de um máximo de 37.5 kbit / s para um mínimo de 300 mordeu / s pode ser conseguida. A largura de banda é fixada em 125 kHz, 250 kHz ou 500 kHz e também influencia a gama e velocidade do sinal. A escolha concreta destes parâmetros é determinada por LoRaWAN.

As freqüências que usos Lora dependem da região. Na Europa, você pode 868 MHz ou a 433 MHz pode ser enviado. É importante mencionar que essas freqüências são espectros sem licença, então não há nenhuma taxa de licença para usá-los. Para compensar esta, aplicar temporais, enviar restrições que todos os dispositivos devem aderir. Estes são entre 0.1% e 10%, dependendo da frequência utilizada.

2.1.2 O que é LoRaWAN

LoRaWAN é um protocolo MAC (Camada de assaltante 2), que é baseado em Lora (mas também com FSK pode ser usado), e também alguns elementos de um protocolo de rede (Camada de assaltante 3) contém. Ele define um formato de mensagem, bem como comandos de MAC para controlar a transferência. Os parâmetros para a transmissão lora subjacente são também determinadas por LoRaWAN. A primeira parte é a especificação real, que define os formatos de mensagem, os comandos MAC, e a sequência. Os parâmetros regionais, Quais configurações específicas para Lora, bem como alguns ajustes ou adições ao protocolo LoRaWAN, está disponível como uma extensão define dependendo da respectiva região.

Uma rede LoRaWAN consiste de vários grupos de participantes e é organizado em uma topologia em estrela-by-estrela, como mostrado na figura 5. No meio está o servidor de rede, que é a administração do lado do servidor da rede LoRaWAN e oferece uma API para aplicações de cliente. Gerenciar aplicativos LoRaWAN e enviar e enviar mensagens a receber. Esse servidor se comunica com vários gateways através de uma conexão IP. A sua função principal é a de transmitir os pacotes LoRaWAN recebidos a partir do servidor de rede para os dispositivos finais através lora e vice-versa. adequadamente, que servem como uma interface para alterar a forma física. Ficar no final do que os dispositivos finais que se comunicam com um ou mais gateways para transmitir seus dados. O protocolo LoRaWAN é única entre a porta de entrada e os dispositivos finais usadas. Nenhuma padrão é definida para os caminhos restantes e que formato, Portanto, depende das aplicações específicas utilizadas.

Neste contexto, LoRaWAN assume algumas tarefas, que são explicadas mais adiante. Isto inclui as diferentes classes de comunicação que são dados utilizados podem ser transmitidas de formas diferentes, as duas opções para adicionar dispositivos a um aplicativo LoRaWAN, a criptografia e integridade verificação dos dados transmitidos, e os vários comandos MAC para controlar a conexão. Este último não será explicado mais adiante, porque eles são muito específicas e não são relevantes para este trabalho.

2.1.3 modos de transmissão de dados LoRaWAN

LoRaWAN suporta três modos diferentes para a transmissão de dados. Cada um destes Modi tem casos de uso específicos, assim como vantagens e desvantagens, que estão listados abaixo.

Classe A

Classe A modo é o principal modo de transmissão LoRaWAN utilizado por todos os dispositivos terminais e portas deve ser suportado. Ele permite a comunicação bidirecional entre o terminal eo gateway baseada no princípio ALOHA. No caso de LoRaWAN, Isso significa que um terminal pode enviar dados a qualquer momento, mas apenas para dois intervalos curtos de um após o envio de um pacote de dados também pode receber dados.

A vantagem deste modo é que um dispositivo terminal só durante o envio de dados e logo após este turno no transceptor Lora para receber uma resposta tem que. Isso significa que ele pode permanecer desativado a maior parte do tempo, o que economiza energia. A desvantagem, Contudo, é que o terminal não tem nenhum dados em todas as outras vezes pode receber. além do que, além do mais, apenas um pode ser recebidos por cada pacote de dados enviado tornar.

Uma operação de classe, Portanto, faz mais sentido ao enviar mensagens principalmente de uplink e downlink mensagens raramente. Desde LoRaWAN preferencialmente em sensores e dispositivos finais de baixo desempenho semelhantes que normalmente apenas fornecem informação de estado para uma aplicação final é utilizado para a maioria dos dispositivos de terminar o modo de transferência de dados preferido.

LoRaWAN classe de transmissão de um

Classe B-

Classe-B é uma extensão que não tem de ser apoiada por dispositivos finais. Por este modo pode ser utilizado por dispositivos finais, além de Classe A, a intervalos regulares. Receber dados do gateway sem primeiro ter que enviá-lo a si mesmo. Para o farol envia um chamado Beacon cada 128 s, que contém algumas informações de status sobre o gateway. dispositivos terminais que recebem esta pode, então, utilizar o farol e a periodicidade ranhura ping para calcular os tempos em que os dados podem ser recebidos. Isto permite-lhes estar na hora certa para momentos curtos ligar o transceptor Lora para receber quaisquer dados que possam estar presentes. O processo é mostrado a seguir.

LoRaWAN transmissão classe b

ofertas de classe B um bom equilíbrio entre a acessibilidade e consumo de energia desde a periodicidade ranhura de ping pode ser ajustado para controle de quantas vezes ele deve ser recebido. Isso significa que mais energia é usado do que para a operação pura classe A, mas ainda há longos períodos em que o transceptor Lora pode ser desligado. Outra vantagem da Classe-B é a capacidade de armazenar dados no 8 para ser capaz de transmitir multicast a vários dispositivos simultaneamente, contanto que o endereço e as chaves são os mesmos. grupos multicast pode, Portanto, Ser criado.

O uso de Classe-B faz sentido se um dispositivo tem de receber dados mais frequentemente sem o envio de dados em si, mas o dispositivo ainda tem de trabalho de energia-eficiência. Uma aplicação típica seria dispositivos finais que são regular pode ser controlado sem ser de tempo crítico.

Classe-C

O último, também opcional, o modo de transmissão é de classe-C. Nisso, Os interruptores de terminal permanentemente na recepção para ser capaz de receber dados a partir do gateway a qualquer momento. A opção de transmissão com a Classe-A permanece como na imagem abaixo.

LoRaWAN transmissão classe c

A vantagem de classe-C é que os dados podem ser recebidos em qualquer altura. Contudo, o preço para isso é alto consumo de energia, uma vez que o dispositivo final deve manter os Lora transceptor ativo em todos os momentos. transmissão multicast LoRaWAN também é possível aqui.

Classe-C só deve ser usado quando grandes quantidades de dados tem que ser transferido ao longo de um curto período de tempo ou quando as transferências de tempo crítico ocorrer. Tais dispositivos finais devem ter uma fonte de alimentação permanente uma vez que este modo consome muita energia para a operação da bateria.