Kỹ thuật làm việc của nghệ LoRaWAN

Kỹ thuật làm việc của nghệ LoRaWAN

Làm sao LoRaWAN công trình công nghệ

Với topo sao của nó và thực hiện công nghệ truyền dẫn tín hiệu khéo léo, công nghệ LoRaWAN được thiết kế đặc biệt cho hiệu quả năng lượng và kết nối mạng an toàn của các thiết bị trong Internet of Things. Chúng tôi có thể giải thích như thế nào công nghệ này làm việc.

Internet điều áp đặt nhiều yêu cầu về công nghệ mạng được sử dụng. Điều cần thiết là một kiến ​​trúc được thiết kế cho hàng ngàn các nút có thể được xa khu dân cư và ở những nơi khó tiếp tầm – từ các cảm biến mà chảy nước giám sát và ô nhiễm ở các sông và kênh rạch để mét tiêu thụ trong tầng hầm.

Các kiến ​​trúc cũng phải hỗ trợ một cách an toàn các nút cảm biến pin-powered trong khi đơn giản hóa cài đặt và bảo trì. Đó là nói cho các hoạt động phát thanh. công nghệ mạng phải đưa vào tài khoản các yêu cầu tiêu thụ năng lượng nghiêm ngặt cho các nút cuối, nhiều trong số đó sẽ được hoạt động với một pin duy nhất trong nhiều thập kỷ. bảo mật cao là điều cần thiết để ngăn chặn việc nghe trộm và để tránh khỏi hacker.

Thiết kế của công nghệ mạng như vậy bắt đầu vào mức độ vật lý. Tương tự như một số giao thức vô tuyến điện khác được sử dụng cho các ứng dụng IOT, công nghệ LoRaWAN sử dụng điều chế trải phổ. Một sự khác biệt quan trọng giữa LoRaWAN và các giao thức khác là việc sử dụng một kỹ thuật thích ứng dựa trên tín hiệu chirp – và không phải trên DSSS truyền thống (chuỗi trực tiếp tín hiệu trải phổ). Cách tiếp cận này cung cấp một thỏa hiệp giữa sự nhạy cảm tiếp nhận và tốc độ dữ liệu tối đa, hỗ trợ nút thích ứng này bằng nút nhờ vào cấu hình điều chế.

với DSSS, giai đoạn của người vận chuyển là tự động chuyển theo một chuỗi mã precalculated. Một số mã liên tiếp được áp dụng cho mỗi bit được truyền đi. Chuỗi này ca giai đoạn cho mỗi bit tạo ra một tín hiệu rằng những thay đổi nhanh hơn nhiều so với các tàu sân bay, do đó lây lan dữ liệu trên một dải tần số rộng. Số càng cao của xung mã (khoai tây chiên) cho mỗi bit, càng cao thì yếu tố phân tán. lây lan này làm cho tín hiệu ít bị can thiệp, nhưng làm giảm tốc độ dữ liệu hiệu quả và tăng tiêu thụ năng lượng cho mỗi bit truyền. Bởi vì máy phát là khả năng chống nhiễu, nó có thể làm giảm mức công suất tổng thể. DSSS, vì thế, Mời giảm điện năng tiêu thụ với tỷ lệ lỗi tương tự chút. DSSS gây chi phí điện và đầu tư, làm hạn chế các ứng dụng trong hạch IOT.

Đồng hồ tham chiếu chính xác là rất quan trọng cho công nghệ LoRaWAN

Để đảm bảo rằng người nhận có thể xử lý các chip đang đến và chuyển đổi các dòng trở lại thành dữ liệu, DSSS dựa vào một đồng hồ tham khảo chính xác trên bảng mạch. nguồn đồng hồ như vậy là khá tốn kém và tính chính xác ngày càng cao của các clocking cũng làm tăng tiêu thụ điện năng. Các công nghệ CSS được sử dụng bởi công nghệ LoRaWAN (trải phổ chirp) có thể được thực hiện nhiều hơn chi phí hiệu quả bởi vì nó không dựa vào một nguồn đồng hồ chính xác. Một tín hiệu chirp là một tín hiệu có tần số dao động thời gian qua.
Gửi thông tin phản hồi
Lịch sử
Saved
cộng đồng

Trong trường hợp của công nghệ mạng LoRaWAN, tần số của tín hiệu tăng so với chiều dài của các chip mã của nhóm bit dữ liệu tương ứng. Để cải thiện độ tin cậy, LoRaWAN thêm thông tin sửa lỗi cho các dòng dữ liệu. Ngoài những khả năng miễn dịch của hệ thống với một trải phổ, CSS cung cấp một mức độ cao về khả năng miễn dịch để bóp méo đa đường và mờ dần, đó là vấn đề trong môi trường đô thị – giống như thay đổi Doppler: lớp phủ thay đổi tần số. Kỹ thuật CSS là mạnh mẽ hơn vì Doppler thay đổi gây ra chỉ là một sự thay đổi nhỏ trong thời gian trục của tín hiệu baseband.

Hơn phạm vi hoặc tốc độ dữ liệu cao hơn

giống như DSSS, Lora có thể thay đổi số lượng chip mã cho mỗi chút. Tiêu chuẩn xác định sáu yếu tố tán xạ khác nhau (SF). Với SF cao, phạm vi của một mạng có thể tăng lên – nhưng với hiệu suất hơn mỗi bit và tốc độ dữ liệu tổng thể thấp hơn. với SF7, tốc độ dữ liệu tối đa là khoảng 5.4 kbit / s và tín hiệu có thể được coi là đủ mạnh ở khoảng cách 2 km – mặc dù khoảng cách này phụ thuộc vào địa hình. với SF10, phạm vi ước tính tăng lên 8 km với tốc độ dữ liệu của hơi ít hơn 1 kbit / S. Đây là SF cao nhất trong một uplink: một truyền từ nút đến trạm gốc. Một downlink thể sử dụng hai thậm chí lớn hơn SF. Các BK là trực giao. Điều này cho phép các nút khác nhau để sử dụng các cấu hình kênh khác nhau mà không ảnh hưởng lẫn nhau. Ngoài mức vật lý mà chuẩn bị dữ liệu cho điều chế CSS và truyền, LoRaWAN định nghĩa hai lớp logic tương ứng với mức 2 và 3 của mô hình mạng OSI lớp (Open Systems Interconnection).

• Cấp độ 2 là Lora mức kết nối dữ liệu. Nó cung cấp bảo vệ cơ bản của toàn vẹn thông điệp dựa trên kiểm tra dư thừa theo chu kỳ. LoRaWAN thiết lập cơ bản truyền thông point-to-point.
• Cấp độ 3 bổ sung thêm các tính năng giao thức mạng. Các LoRaWAN giao thức cung cấp các nút cơ hội để báo hiệu cho nhau hoặc để gửi dữ liệu đến máy chủ ảo qua Internet – sử dụng một bộ tập trung hoặc một cửa ngõ.

công nghệ LoRaWAN sử dụng một topo sao: Tất cả các nút lá giao tiếp qua cổng phù hợp nhất. Các cổng tiếp nhận các tuyến và, nếu có nhiều hơn một cổng nằm trong phạm vi của một nút lá và mạng nội bộ bị quá tải, có thể chuyển hướng các thông tin liên lạc để thay thế. Một số giao thức IOT sử dụng lưới mạng để tăng khoảng cách tối đa của một nút lá từ một cửa ngõ. Hậu quả là một yêu cầu năng lượng cao hơn các nút cho chuyển tiếp tin nhắn đến và đi từ cổng, cũng như đối với một rút ngắn không thể đoán trước của tuổi thọ pin.

Này để thỏa mãn kiến ​​trúc LoRaWAN rằng pin của mỗi nút IOT có thể được kích thước tương một cách thích hợp và dự đoán cho ứng dụng. Cổng đóng vai trò như một cầu nối giữa các giao thức đơn giản hơn, mà đặc biệt thích hợp cho các nút lá nguồn lực hạn chế, và Internet Protocol (IP), được sử dụng để cung cấp dịch vụ IOT. công nghệ LoRaWAN cũng sẽ đưa vào tài khoản các chức năng khác nhau và các cấu hình năng lượng của các thiết bị đầu cuối bằng cách hỗ trợ ba lớp truy cập khác nhau. Tất cả các thiết bị phải có khả năng hỗ trợ lớp Một. Đây là chế độ đơn giản nhất giúp tối đa hóa tuổi thọ pin. Lớp này sử dụng giao thức Aloha sử dụng rộng rãi.

Tự động tránh va chạm tích hợp

Một thiết bị có thể gửi một thông uplink đến gateway bất cứ lúc nào: Giao thức đã tích hợp tránh va chạm khi hai hoặc nhiều thiết bị cố gắng để gửi cùng một lúc. Một khi truyền xong, Waits nút cuối cho một tin nhắn downlink rằng phải đến trong vòng một trong hai khe thời gian có sẵn. Khi nhận được phản hồi, nút cuối cùng có thể đi ngủ, mà tối đa hóa tuổi thọ pin.

Một LoRaWAN cửa ngõ không thể kích hoạt một nút hạng A kết thúc nếu nó đang ở trong trạng thái nhàn rỗi. Anh ấy phải thức dậy một mình. Điều này là do giờ địa phương hoặc một kích hoạt sự kiện điều khiển, được kích hoạt bởi một sự kiện tại một đầu vào cảm biến địa phương. Thiết bị truyền động như van trong một hệ thống kiểm soát chất lỏng phải có khả năng nhận lệnh được gửi bởi một ứng dụng mạng – ngay cả khi họ không có dữ liệu địa phương để xử lý và truyền thông. Các thiết bị này sử dụng chế độ Class B hoặc C.

Với lớp B, mỗi thiết bị được gán một cửa sổ thời gian trong đó nó phải kích hoạt nhận của nó để tìm kiếm các thông điệp downlink. Các nút có thể vẫn ở chế độ ngủ giữa các cửa sổ thời gian. thông điệp uplink có thể được gửi nếu thiết bị không chờ đợi một thông điệp downlink. Class B là sử dụng khi độ trễ của lên đến vài phút có thể được dung thứ. Loại C hỗ trợ làm giảm đáng kể độ trễ thời gian cho các tin nhắn downlink từ những gì còn lại cuối thu trước gần như không ngừng hoạt động. Một thiết bị lớp C không có trong chế độ nhận chỉ khi nó gửi tin nhắn uplink riêng của mình. Lớp này được sử dụng bởi các mạng cung cấp các nút cuối.

mã hóa liên tục của dữ liệu người dùng truyền

Ngược lại với các giao thức khác được đề xuất cho IOT, LoRaWAN Mời end-to-end mã hóa các dữ liệu ứng dụng – xuống ngay đến các máy chủ đám mây được sử dụng để quản lý và cung cấp các dịch vụ. Ngoài mã hóa end-to-end, LoRaWAN công nghệ đảm bảo rằng mọi thiết bị kết nối vào mạng có các chứng chỉ cần thiết và cho phép IOT nút kiểm tra cho dù họ không được kết nối với một cổng với một bản sắc sai. Để đảm bảo mức cần thiết xác thực, mỗi thiết bị LoRaWAN được lập trình trong sản xuất với một khóa duy nhất, được đề cập đến trong các giao thức như một AppKey.

Thiết bị này cũng có một định danh duy nhất trên toàn thế giới. Để làm cho nó dễ dàng hơn cho các thiết bị để xác định các kết nối cửa ngõ của họ, mỗi mạng có nhận dạng riêng của mình trong danh sách của Liên minh Lora quản lý. Các máy tính được xác định là tham gia các máy chủ được sử dụng để xác thực AppKey của bất kỳ thiết bị nào muốn tham gia mạng. Một khi các máy chủ tham gia đã chứng thực AppKey, nó tạo ra một cặp khóa phiên được sử dụng cho các giao dịch tiếp theo. Các NwkSKey được sử dụng để mã hóa thông điệp được sử dụng để thay đổi kiểm soát ở cấp độ mạng, ví dụ. để thiết lập một thiết bị trên một cổng cụ thể. Chìa khóa thứ hai (AppSKey) mã hóa tất cả dữ liệu ở mức ứng dụng. tách này đảm bảo rằng thông điệp của người dùng không thể bị chặn và giải mã bởi một nhà điều hành mạng thứ ba.

Một mức độ an ninh được thực hiện thông qua việc sử dụng các quầy an toàn được tích hợp vào giao thức nhắn. Tính năng này ngăn chặn các cuộc tấn công gói phát lại trong đó một hacker chặn các gói dữ liệu và thao túng chúng trước khi ăn chúng trở lại vào trong dòng dữ liệu. Tất cả các cơ chế bảo mật được thực hiện thông qua mã hóa AES, mà đã được chứng minh để đảm bảo một mức độ cao về an ninh. Do nguồn cung trên toàn quốc, hiệu quả năng lượng và an ninh, công nghệ LoRaWAN là phù hợp cho nhiều ứng dụng như một giao thức cho việc thiết lập mạng IOT.