物聯網設備最重要的能力是通信能力. 不同的協議有不同的應用領域. 雖然 WiFi, 藍牙, Zigbee 或其他無線電標准通常用於家庭中的短距離, 設備必須位於其他地方 使用替代技術. 這樣一組技術就是LoRaWAN傳輸. 然而, 與大多數其他無線電標準相比，它們具有顯著更長的範圍和更好的能源效率的優勢，但以犧牲帶寬為代價. 下圖顯示了 LoRaWAN 與其他一些無線通信協議的比較. LoRaWAN 技術主要用於終端設備安裝在僅與其他難以實現的技術一起使用的位置, 或當能源效率非常重要時. 在這個 LoRaWAN 被用作 LPWAN 技術.
然而, 範圍和功耗不是物聯網中唯一的重點. 一個經常被忽視的問題是聯網設備的安全性. 之間 2017 和 2018 獨自的, 物聯網設備的已知惡意軟件數量幾乎翻了兩番. 但惡意軟件並不是唯一的威脅. 許多物聯網設備發送的數據沒有得到充分保護, 導致對該數據的攻擊，從而也對物聯網基礎設施造成攻擊. 間諜, 操縱數據和完全接管系統是典型的攻擊場景.
物聯網安全的另一個相關主題是固件更新; 它們使製造商能夠為設備帶來新功能，並, 在發生安全事件時, 在用戶不必變得活躍的情況下對其進行補救. 更新也以安全的方式執行非常重要，這樣攻擊者就無法將假固件注入設備.
將固件更新和使用 LoRaWAN 協議進行數據傳輸的終端設備結合起來帶來了全新的挑戰. 而對於基於 IP 的技術, 比如乙. 無線局域網, 已經有一些針對特定協議的建議, 通過 LoRaWAN 進行的更新在很大程度上仍未探索. 經典協議無法使用的原因可以在LoRaWAN技術的限制中找到. 羅拉萬, 例如, 在數據速率和 LoRaWAN 傳輸速度方面有很高的限制，並且沒有標準化的傳輸協議, 可以補償數據傳輸中的損失.
1.1 智能郵箱
在這項工作中, 考慮特定應用並檢查物聯網安全的各種主題. 開發出智能郵箱, 當郵箱中有郵件時，它會通過智能手機通知用戶.
1.1.1 用例
智能郵箱的基本思想是確保用戶不必經常打開他的郵箱來查看裡面是否有郵件. 反而, 一旦郵箱中有郵件，他應該會在他的移動設備上收到通知. 這樣做的好處是，由於郵箱遠離用戶或很少包含郵件，用戶的時間不是不必要的。.
由於關注安全性和能源效率，應用程序的功能故意保持較小. 此外, 該應用程序被開發為 “擴大”. 用戶應該可以毫不費力地安裝任何信箱. 因此，電池操作和小尺寸也是該項目的要求.
1.1.2 使用 LoRaWAN 傳輸的考試題目
如前面提到的, 工作重點是物聯網安全. 此外, 考慮能源效率. 從這些優先事項, 使用智能郵箱檢查了幾個子主題，第一點是安全的, E2E加密數據LoRaWAN傳輸. 尤其是公共區域的郵箱, 重要的是攻擊者沒有發現可以確定郵箱中是否有郵件以及有多少郵件. 這可以防止誰可以很容易地發現闖入是否值得. 保護對於防止操縱也很重要，以防止用戶收到有關郵箱狀況的虛假信息. 此外, 檢查這些任務的加密密鑰協商在多大程度上是一種安全方式，可以在沒有設備製造商或第三方發現的情況下進行.
下一個主要調查點是通過 LoRaWAN 進行的安全固件更新. 目前沒有關於固件轉移的官方標準. 通過 LoRaWAN 更新. 在這方面, 是這項工作的主要任務之一
設計和測試. 到底, 智能郵箱應該能夠在無需用戶干預的情況下通過 LoRaWAN 進行固件更新. 這些更新還必須進行加密保護以防止操縱. 最後, 檢查郵件是如何被扔到可以識別的郵箱設備中的. 檢查了各種技術並確定了合適的技術.
2.1 羅拉萬
LoRaWAN 是針對物聯網應用的 LoRaWAN 解決方案，具有少量數據高能效且可遠距離無線傳輸. 它由一隻手的 LoRa 收音機組成, 物理數據 LoRaWAN 傳輸的協議，另一方面是 LoRaWAN 本身, 基於 LoRa 的 MAC 協議建立並提供了通過 LoRa 傳輸數據的標準化程序. 羅拉萬, 作為這項工作的重點之一, 用於與終端設備通信, 包括智能郵箱.
2.1.1 什麼是洛拉
LoRa 是 Semtech 開發的一種頻率調製過程，允許兩個通信夥伴之間的無線通信. 它是, 所以, 物理協議 (OSI層 1), 它只接管物理數據傳輸的調製. LoRa 使用調頻啁啾對符號進行編碼. 所使用的啁啾調製使用“啁啾”來傳輸符號. 在定義的時間段內，頻率在帶寬上不斷變化. 傳輸的符號大約在啁啾的開頭被定義.
與 FSK 或 PSK 相比，這種調製提供的主要優勢是遠距離和抗噪聲的魯棒性. 兩者都來自使用的擴頻因子和帶寬. 擴頻因子決定單個啁啾持續多長時間, 即它的傳播範圍有多廣”. 更高的係數意味著更寬的符號, 確保更長的 LoRaWAN 傳輸範圍, 但也較慢的數據傳輸. 在 LoRa 擴展因子中 7 至 12 被定義為, 這意味著 LoRaWAN 的傳輸速度最高可達 37.5 千位 / s 至少為 300 少量 / s可以實現. 帶寬固定為 125 千赫, 250 千赫茲或 500 kHz 並且還會影響信號的範圍和速度. 這些參數的具體選擇由LoRaWAN決定.
LoRa 使用的頻率取決於地區. 在歐洲, 你可以 868 兆赫或在 433 兆赫可以發送. 值得一提的是，這些頻率是免許可頻譜, 因此使用它們無需支付許可費. 為了彌補這一點, 應用時間, 所有設備必須遵守的發送限制. 這些介於 0.1% 和 10%, 取決於使用的頻率.
2.1.2 什麼是 羅拉萬
LoRaWAN 是一種 MAC 協議 (OSI層 2), 這是基於 LoRa (也可以配合FSK使用), 以及網絡協議的一些元素 (OSI層 3) 包含. 它定義了消息格式, 以及控制傳輸的 MAC 命令. 底層 LoRa 傳輸的參數也由 LoRaWAN 確定. 第一部分是實際規格, 它定義了消息格式, MAC 命令, 和序列. 區域參數, LoRa 的哪些具體設置, 以及對 LoRaWAN 協議的一些調整或補充, 可作為擴展定義提供，具體取決於各自的區域.
一個 LoRaWAN 網絡由幾組參與者組成，並以星型拓撲組織, 如圖 5. 中間是網絡服務器, 這是 LoRaWAN 網絡的服務器端管理，並為客戶端應用程序提供 API. 管理 LoRaWAN 應用程序並發送和發送消息以接收. 此服務器通過 IP 連接與多個網關通信. 他們的主要任務是將從網絡服務器接收到的 LoRaWAN 數據包通過 LoRa 轉發到終端設備，反之亦然. 因此, 它們用作更改物理介質的接口. 與與一個或多個網關通信以傳輸其數據的終端設備相比，站在最後. LoRaWAN 協議僅在網關和使用的終端設備之間. 沒有為剩餘路徑和該格式定義標準, 所以, 取決於使用的具體應用.
在這種情況下, LoRaWAN 承擔一些任務, 下面將進一步解釋. 這包括所使用的不同通信類數據可以以不同的方式傳輸, 將設備添加到 LoRaWAN 應用程序的兩個選項, 傳輸數據的加密和完整性檢查, 以及用於控制連接的各種 MAC 命令. 後者將不再進一步解釋，因為它們非常具體，與本工作無關.
2.1.3 LoRaWAN 數據傳輸模式
LoRaWAN 支持三種不同的數據傳輸模式. 這些莫迪中的每一個都有特定的用例, 以及優點和缺點, 下面列出了.
A級
A級 模式 是所有終端設備使用的主要 LoRaWAN 傳輸模式，必須支持網關. 它允許基於ALOHA原理的終端和網關之間的雙向通信. 在 LoRaWAN 的情況下, 這意味著終端可以隨時發送數據, 但只有在發送數據包後的兩個短時間間隔內也能接收數據.
這種模式的優點是終端設備只有在發送數據時才打開 LoRa 收發器以接收響應. 這意味著它可以在大部分時間保持停用狀態, 節省能源. 缺點, 然而, 就是終端沒有任何數據，其他時間都可以接收. 此外, 每個發送的數據包只能收到一個.
A類操作, 所以, 在主要發送上行鏈路消息而很少發送下行鏈路消息時最有意義. 由於 LoRaWAN 最好用於傳感器和類似的低性能終端設備，通常只為終端應用程序提供狀態信息，因此大多數終端設備使用首選數據傳輸模式.
B級
B 類是終端設備不必支持的擴展. 通過這種模式，除了 Class-A 之外的終端設備可以定期使用. 從網關接收數據，而無需先自己發送. 每個信標向信標發送一個所謂的信標 128 秒, 其中包含有關網關的一些狀態信息. 然後，接收到此信息的終端設備可以使用信標和 ping 時隙週期來計算可以接收數據的時間. 這使他們能夠在正確的時間短時間打開 LoRa 收發器以接收可能存在的任何數據. 流程如下圖.
B 類在可訪問性和能耗之間提供了良好的平衡，因為可以調整 ping 時隙週期以控制應接收的頻率. 這意味著比純 A 類操作使用更多的能量, 但仍有很長一段時間可以關閉 LoRa 收發器. B 類的另一個優點是能夠將數據存儲在 8 能夠同時向多個設備傳輸多播, 只要地址和密鑰相同. 組播組可以, 所以, 被創造.
如果設備必須更頻繁地接收數據而不自己發送數據，則使用 B 類是有意義的, 但該設備仍然必須節能工作. 一個典型的應用是可以控制常規的終端設備，而不是時間關鍵的.
C級
最後, 也是可選的, 傳輸模式為Class-C. 在這個, 交換機終端永久接收，以便能夠隨時從網關接收數據. Class-A 的傳輸選項如下圖所示.
Class-C的優點是可以隨時接收數據. 然而, 這樣做的代價是高能耗, 因為終端設備必須始終保持 LoRa 收發器處於活動狀態. 在這裡也可以進行組播 LoRaWAN 傳輸.
僅當必須在短時間內傳輸大量數據或發生時間關鍵型傳輸時才應使用 C 類. 這種終端設備應該有一個永久的電源，因為這種模式會消耗太多的能量來進行電池操作.
