Рассмотренные темы со скоростью передачи LoRaWAN

Передача LoRaWAN

Самая важная способность устройств IoT - это способность общаться. есть разные протоколы с разными областями применения. Пока WiFi, Bluetooth, Zigbee или другие радиостандарты часто используются для коротких расстояний в домашних условиях., устройства должны быть размещены в другом месте использовать альтернативные технологии. Такой группой технологий является передача LoRaWAN.. тем не мение, они имеют преимущество в значительно большей дальности и лучшую энергоэффективность, чем большинство других радиостандартов, за счет полосы пропускания.. На рисунке ниже показан LoRaWAN в сравнении с некоторыми другими протоколами беспроводной связи.. Технологии LoRaWAN в основном используются, когда конечные устройства устанавливаются в местах, которые работают только с другими технологиями, которые трудно достичь., или когда энергоэффективность имеет большое значение. В этом LoRaWAN используется как технология LPWAN..

тем не мение, диапазон и энергопотребление - не единственные важные моменты в IoT. Одним из вопросов, которым часто пренебрегают, является безопасность сетевых устройств.. Между 2017 и 2018 один, количество известных вредоносных программ для IoT-устройств увеличилось почти в четыре раза. Но вредоносное ПО - не единственная угроза. Многие устройства Интернета вещей отправляют данные, не защищенные должным образом, вызывая атаки на эти данные и, следовательно, на инфраструктуру Интернета вещей. Шпионаж, манипуляции с данными и полный захват систем являются типичными сценариями атак.

Еще одна актуальная тема безопасности Интернета вещей - обновления прошивки.; они позволяют производителям добавлять новые функции в устройства и, в случае инцидентов безопасности, чтобы исправить их без необходимости активировать пользователя. Чрезвычайно важно, чтобы обновления также выполнялись безопасным образом, чтобы злоумышленники не могли внедрить поддельную прошивку в устройство..

Объединение обновлений прошивки и конечных устройств, использующих протокол LoRaWAN для передачи данных, создает совершенно новую проблему.. А для IP-технологий, например, B. W-LAN, уже есть несколько предложений по конкретным протоколам, обновления через LoRaWAN все еще в значительной степени не исследованы. Причина невозможности использования классических протоколов кроется в ограничениях технологий LoRaWAN.. LoRaWAN, например, имеет высокие ограничения с точки зрения скорости передачи данных и скорости передачи LoRaWAN и не имеет стандартизированного транспортного протокола, который компенсирует потери при передаче данных мог.

1.1 Умный почтовый ящик

В этой работе, рассматривается конкретное приложение и исследуются различные темы безопасности Интернета вещей. Был разработан умный почтовый ящик, который уведомляет пользователя через свой смартфон о получении почты в почтовый ящик.

1.1.1 Пример использования

Основная идея умного почтового ящика заключается в том, чтобы пользователю не приходилось постоянно открывать свой почтовый ящик, чтобы узнать, есть ли в нем почта.. Вместо, он должен получить уведомление на своем мобильном устройстве, как только в почтовый ящик появится почта. Это имеет то преимущество, что время пользователя не является ненужным из-за того, что почтовые ящики находятся далеко от пользователя или редко содержат почту..

Функции приложения намеренно сведены к минимуму из-за упора на безопасность и энергоэффективность.. К тому же, приложение было разработано как “расширение”. Это должно быть возможно сделать с небольшими усилиями со стороны пользователя по установке любых почтовых ящиков.. Таким образом, работа от батареи и малый форм-фактор также являются требованиями для проекта..

1.1.2 Исследовал темы с передачей LoRaWAN

Как упоминалось ранее, основное внимание в работе уделяется безопасности Интернета вещей. К тому же, энергоэффективность считается. Из этих приоритетов, есть несколько подтем, которые исследуются с использованием интеллектуального почтового ящика. Первый пункт - это безопасный, E2E-шифрованная передача данных LoRaWAN. Особенно с почтовыми ящиками в общественных местах, важно, чтобы злоумышленник не узнал, может ли определить, находится ли почта в почтовом ящике и сколько. Благодаря этому никто не сможет легко узнать, стоит ли взлом.. Также важна защита от манипуляций для предотвращения получения пользователем ложной информации о состоянии почтового ящика.. К тому же, исследуется, в какой степени согласование криптографических ключей для этих задач является безопасным способом, которое может быть выполнено без того, чтобы производитель устройства или третьи стороны могли узнать.

Следующий важный пункт исследования - безопасные обновления прошивки через LoRaWAN.. На данный момент нет официального стандарта относительно переноса прошивки. Обновления через LoRaWAN. В этом отношении, это одна из основных задач этой работы
проектировать и тестировать. В конце концов, умный почтовый ящик должен иметь возможность выполнять обновления прошивки через LoRaWAN без вмешательства пользователя. Эти обновления также должны быть криптографически защищены, чтобы предотвратить манипуляции.. в заключение, исследуется, как почта забрасывается в устройство почтового ящика, которое может быть распознано. Были изучены различные технологии и определена подходящая..

2.1 LoRaWAN

LoRaWAN - это решение LoRaWAN для приложений IoT с небольшим объемом данных, энергоэффективным и может передаваться по беспроводной сети на большие расстояния.. Состоит из одной руки радио LoRa, протокол для передачи физических данных LoRaWAN и, с другой стороны, самого LoRaWAN, протокол MAC, основанный на LoRa, создает и обеспечивает стандартизированную процедуру передачи данных через LoRa. LoRaWAN, как один из ключевых моментов в этой работе, использовался для связи с конечными устройствами, включая умный почтовый ящик.

2.1.1 Что такое LoRa

LoRa - это процесс частотной модуляции, разработанный Semtech для беспроводной связи между двумя партнерами по связи.. это, следовательно, физический протокол (Уровень OSI 1), который берет на себя только модуляцию физической передачи данных. LoRa использует частотно-модулированные чириканье для кодирования символов. Используемая модуляция «щебетание» использует «щебетание» для передачи символов.. Частота постоянно изменяется в пределах полосы пропускания в течение определенного периода времени.. Передаваемые символы относятся к началу чирпа..

Основными преимуществами, которые эта модуляция предлагает по сравнению с FSK или PSK, являются большой диапазон и устойчивость к шуму.. Оба значения зависят от коэффициента расширения и используемой полосы пропускания.. Коэффициент распространения определяет, как долго длится одиночный щебет., т.е. насколько широко он распространяется ». Более высокий коэффициент означает более широкие символы, что обеспечивает большую дальность передачи LoRaWAN, но также более медленная передача данных. В LoRa факторы распространения от 7 в 12 определено, что означает скорость передачи LoRaWAN от максимум 37.5 кбит / с минимум 300 немного / s может быть достигнуто. Пропускная способность фиксирована на 125 кГц, 250 кГц или 500 кГц, а также влияет на дальность и скорость сигнала. Конкретный выбор этих параметров определяет LoRaWAN..

Частоты, которые использует LoRa, зависят от региона. В Европе, вы можете 868 МГц или при 433 МГц можно отправить. Важно отметить, что эти частоты являются безлицензионными спектрами., так что нет платы за лицензию на их использование. Чтобы компенсировать это, применять временный, отправлять ограничения, которых должны придерживаться все устройства. Это между 0.1% и 10%, в зависимости от используемой частоты.

2.1.2 Что LoRaWAN

LoRaWAN - это MAC-протокол (Уровень OSI 2), который основан на LoRa (но также с FSK можно использовать), а также некоторые элементы сетевого протокола (Уровень OSI 3) содержит. Он определяет формат сообщения, а также команды MAC для управления передачей. Параметры базовой передачи LoRa также определяются LoRaWAN.. Первая часть - это фактическая спецификация, который определяет форматы сообщений, команды MAC, и последовательность. Региональные параметры, какие конкретно настройки для LoRa, а также некоторые корректировки или дополнения в протокол LoRaWAN, доступны как расширение, определяемое в зависимости от соответствующего региона.

Сеть LoRaWAN состоит из нескольких групп участников и организована по топологии звезда-за-звездой., как показано на рисунке 5. Посередине - сетевой сервер, который является серверным администрированием сети LoRaWAN и предлагает API для клиентских приложений.. Управляйте приложениями LoRaWAN, а также отправляйте и отправляйте сообщения для получения. Этот сервер связывается с несколькими шлюзами через IP-соединение.. Их основная задача - пересылать пакеты LoRaWAN, полученные от сетевого сервера, на конечные устройства через LoRa и наоборот.. Соответственно, они служат интерфейсом для изменения физического носителя. Стоят в конце, чем конечные устройства, которые связываются с одним или несколькими шлюзами для передачи своих данных. Протокол LoRaWAN используется только между шлюзом и конечными устройствами.. Для остальных путей и этого формата не определен стандарт., следовательно, зависит от конкретных используемых приложений.

В контексте, LoRaWAN берет на себя некоторые задачи, которые объяснены ниже. Это включает в себя разные классы связи, которые используются, данные могут передаваться по-разному., два варианта добавления устройств в приложение LoRaWAN, шифрование и проверка целостности передаваемых данных, и различные команды MAC для управления подключением. Последние не будут объяснены далее, потому что они очень специфичны и не имеют отношения к данной работе..

2.1.3 LoRaWAN Режимы передачи данных

LoRaWAN поддерживает три разных режима передачи данных. У каждого из этих вариантов есть свои варианты использования., а также достоинства и недостатки, которые перечислены ниже.

Класс-А

Класс-А Режим является основным режимом передачи LoRaWAN, используемым всеми конечными устройствами, и шлюзы должны поддерживаться. Он обеспечивает двустороннюю связь между терминалом и шлюзом на основе принципа ALOHA.. В случае с LoRaWAN, это означает, что терминал может отправлять данные в любое время, но только для двух коротких интервалов после отправки пакета данных также можно принимать данные.

Преимущество этого режима в том, что оконечное устройство только во время отправки данных и вскоре после этого включает трансивер LoRa для получения ответа.. Это означает, что большую часть времени он может оставаться отключенным., что экономит энергию. Недостаток, тем не мение, в том, что терминал не имеет данных, в остальное время может принимать. К тому же, только один может быть получен для каждого отправленного пакета данных становится.

Операция класса А, следовательно, имеет наибольший смысл при отправке в основном сообщений восходящего канала и редко сообщений нисходящего канала. Поскольку LoRaWAN предпочтительно в датчиках и аналогичных низкопроизводительных конечных устройствах, которые обычно предоставляют только информацию о состоянии для конечного приложения, используется для большинства конечных устройств, предпочтительный режим передачи данных.

LoRaWAN класс передачи a

Класс-B

Класс B - это расширение, которое не обязательно должно поддерживаться конечными устройствами.. Этот режим может использоваться конечными устройствами в дополнение к классу A через равные промежутки времени.. Получать данные со шлюза без предварительной отправки их самостоятельно. К маяку посылает так называемый маяк каждые 128 s, который содержит некоторую информацию о состоянии шлюза. Конечные устройства, которые получают это, могут затем использовать сигнал маяка и периодичность слота проверки связи для расчета времени, в которое данные могут быть получены.. Это позволяет им быть в нужное время на короткие промежутки времени и включать трансивер LoRa для приема любых данных, которые могут присутствовать.. Процесс показан ниже.

LoRaWAN класс передачи b

Класс B предлагает хороший баланс между доступностью и потреблением энергии, поскольку периодичность слота проверки связи можно регулировать, чтобы контролировать, как часто он должен быть получен.. Это означает, что используется больше энергии, чем для чистой работы класса А., но есть еще длительные периоды, когда приемопередатчик LoRa может быть отключен. Еще одно преимущество класса B - возможность хранить данные в 8 иметь возможность передавать многоадресную рассылку на несколько устройств одновременно, пока адрес и ключи совпадают. Группы многоадресной рассылки могут, следовательно, быть создан.

Использование класса B имеет смысл, если устройству необходимо чаще получать данные, не отправляя сами данные., но устройство все равно должно работать энергоэффективно. Типичное применение - это обычные конечные устройства, которыми можно управлять без критичности времени..

Класс-C

Последний, также необязательно, режим передачи - Class-C. В этом, терминал переключает постоянно на прием, чтобы иметь возможность получать данные со шлюза в любое время. Вариант трансмиссии с классом А остается как на картинке ниже..

LoRaWAN класс передачи c

Преимущество класса C в том, что данные можно получить в любое время.. тем не мение, цена за это - высокое потребление энергии, так как оконечное устройство должно постоянно поддерживать трансивер LoRa в активном состоянии.. Здесь также возможна многоадресная передача LoRaWAN.

Класс C следует использовать только тогда, когда необходимо передать большие объемы данных в течение короткого периода времени или когда происходят критические по времени передачи.. Такие конечные устройства должны иметь постоянное питание, поскольку в этом режиме потребляется слишком много энергии для работы от батареи..

Поговорить с экспертом