技术工作LoRaWAN技术

技术工作LoRaWAN技术

怎么样 LoRaWAN 技术工程

凭借其星型拓扑结构和巧妙地实现信号传输技术, LoRaWAN技术是专门针对物联网设备的能源效率和安全的网络设计. 我们可以解释这项技术是如何工作的.

物联网强加使用的网络技术,许多要求. 我们需要的是专为数千个节点,可以远离人口稠密的地区和在难以到达的地方的架构 – 来自传感器的该监视器水流动和污染河流和运河消费米在地下室.

该体系结构还必须安全地支撑电池供电的传感器节点,同时简化安装和维护. 这充分说明了无线电操作. 网络技术必须考虑到对端节点的严格的功耗要求, 其中有许多是用单个电池数十年来操作. 高安全性是必不可少的,防止窃听和抵御黑客.

这种网络技术的设计开始在物理层次上. 类似于其他一些无线协议被用于物联网应用, LoRaWAN技术采用扩频调制. LoRaWAN和其他协议之间的本质区别是使用自适应技术的基于线性调频信号 – 而不是传统的DSSS (直接序列扩频信号). 这种方法提供了接收灵敏度和最大数据速率之间的妥协, 它支持由节点得益于调制配置这种适应节点.

随着DSSS, 载波的相位根据一个预先计算的码序列动态移位. 若干连续代码被施加到每个位要被发送. 相移对于每个比特的该序列产生的变化速度远远超过了载波的信号, 因此在宽的频率波段扩展的数据. 码脉冲的更高的数 (芯片) 每比特, 较高的散射系数. 这种传播使得信号不易受干扰, 但降低了有效的数据速率,并且增加传输的每比特的功率消耗. 由于发射器更能抵抗干扰, 它可以降低整体的功率电平. DSSS, 因此, 提供了更低的使用相同的误码率功耗. DSSS导致电力和投资成本, 这限制了在节点的IoT应用.

准确的参考时钟是LoRaWAN技术重要

为了确保接收器可以处理进入的码片并转换流回数据, DSSS依赖于精确的基准时钟在所述电路板上. 这样的时钟源是相当昂贵和时钟的精确度增加也增加了功耗. 通过LoRaWAN技术所使用的CSS技术 (线性调频扩频) 可以更经济有效地实现,因为它不依赖于精确的时钟源. 线性调频脉冲信号是一个信号,其频率随时间变化.
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在LoRaWAN技术网络的情况下, 的信号增加在相应的数据比特组的码片的长度的频率. 为了提高可靠性, LoRaWAN将纠错信息到数据流. 除了系统扩展频谱免疫力, CSS提供免疫力的高水平多径失真和衰落, 这是在城市环境问题 – 就像多普勒频移: 覆盖更改频率. 的CSS技术更健壮,因为多普勒频移引起的基带信号仅在时间的变化小轴线.

更多的范围或更高的数据速率

像DSSS, LORA可以变化的每比特码片数. 该标准定义了六种不同的散射因子 (SF). 具有较高的SF, 一个网络的范围可以增加 – 但以每比特更高的性能和更低的总数据速率. 随着SF7, 的最大数据速率是大约 5.4 千位 / S和信号可认为足够强的在距离 2 千米 – 虽然这距离取决于地形. 随着SF10, 估计范围增加到 8 公里,用时略少的数据速率比 1 千位 / 小号. 这是最高的SF中的上行链路: 从节点到基站的传输. 下行链路可以使用两个甚至更大SF. SFS的正交. 这允许不同节点使用不同的信道配置,而不影响彼此. 除此之外准备CSS调制和传输数据的物理层, LoRaWAN定义了对应于水平的两个逻辑层 2 和 3 分层OSI网络模型的 (开放系统互连).

•级别 2 是洛拉数据连接电平. 它提供了基于循环冗余校验消息完整性的根本保障. LoRaWAN建立基本点至点通信.
•级别 3 添加网络协议功能. 该LoRaWAN协议提供了节点的机会,相互传送信号或通过互联网将数据发送到云 – 使用集中器或网关.

LoRaWAN技术采用星型拓扑结构: 所有叶节点经由所述最合适的网关进行通信. 该网关把路由及以上, 如果多于一个网关是内叶节点的范围和本地网络过载, 能够在通信重定向到备用. 一些的IoT协议使用网状网络以增加来自网关的叶节点的最大距离. 其结果是节点为消息的转发去往和来自网关更高的能量需求, 以及为电池寿命的一个不可预知的缩短.

所述LoRaWAN架构确保每个节点的IoT的电池可以适当地且可预测地定尺寸为应用程序. 网关充当简单的协议之间的桥梁, 它更适合资源有限的叶节点, 和互联网协议 (IP), 它是用来提供物联网服务. LoRaWAN技术也通过支持三种不同的接入类别考虑到终端设备的不同功能和能量分布. 所有设备必须能够支持A级. 这是有助于延长电池寿命最简单的模式. 该类使用广泛使用的ALOHA协议.

自动防撞集成

的装置可以在任何时间发送上行链路消息到网关: 该协议还内置防撞当两个或多个设备同时尝试发送. 一旦传输完成, 端节点等待必须两个可用时隙之一内到达的下行链路消息. 一旦接收到响应, 端节点可以去睡觉了, 这最大化电池寿命.

一个 LoRaWAN网关 不能激活A类端节点,如果它是在空闲状态中. 他拥有自己醒来. 这是由于本地定时器或事件控制的激活, 这是由一个事件在当地传感器输入触发. 致动器例如在流体控制系统的阀门必须能够接收由网络应用程序发送命令 – 即使他们有处理和通信没有本地数据. 这些装置使用B类或C模式.

B级, 每个设备被分配的时间窗内它必须激活其受体以搜索下行链路消息. 该节点可以留在这些时间窗口之间睡眠模式. 上行链路消息可以如果设备没有在等待一个下行链路消息被发送. B类时使用到长达几分钟的等待时间可以容忍. C类载体显著降低等待时间的下行链路消息的时间,因为接收器前端几乎保持恒定的活性. C类设备不处于接收模式,只有当它发送其自己的上行链路消息. 此类用于通过网络供电端节点.

所发送的用户数据的连续加密

相较于其他协议提出了物联网, LoRaWAN提供终端到终端的应用程序数据的加密 – 一直到了用于管理和提供服务的云服务器. 除了终端到终端的加密, LoRaWAN技术确保连接到网络的每个设备都有所需要的凭据,让物联网节点检查它们是否未连接到网关用假身份. 为了保证认证的要求水平, 每个LoRaWAN设备与唯一的关键生产期间被编程, 这是在协议被称为的AppKey.

该装置还具有一个唯一的标识符全球. 为了更方便的设备,以确定他们的网关的连接, 每个网络都有自己的标识由劳拉联盟管理列表. 被确定为参加服务器的计算机用于验证想要加入该网络的任何设备的的AppKey. 一旦加入服务器已经认证的AppKey, 它创建了一个对会话密钥被用于后续交易. 所述NwkSKey用于被用来控制改变在网络级加密消息, e.g. 建立一个设备上的特定网关. 第二个关键 (AppSKey) 在应用层加密所有数据. 这种分离可确保用户的消息不能由第三网络运营商被截取和解密.

安全级别是通过使用安全计数器,被集成到消息协议实现. 该特征防止分组重放攻击中喂养它们回数据流之前黑客截取分组,并且操纵它们. 所有的安全机制,通过AES加密实现, 这已被证明,以保证较高的安全水平. 由于其全国性的供应, 能源效率和安全, LoRaWAN技术是适合于许多应用作为协议用于建立网络的IoT.