研究的主题随着LoRaWAN传输速度

LoRaWAN传输

物联网设备的最重要的能力是沟通. 有与不同应用领域的不同协议. 虽然无线网络, 蓝牙, 的Zigbee或其他无线标准,通常用于在家庭中短距离, 设备必须位于其他地方使用替代技术. 这种基团的技术是LoRaWAN传输. 然而, 这些有一个显著更长的范围和更高的能源效率比大多数其他无线标准的优势,在带宽为代价. 下面示出了图片LoRaWAN相比,一些其它无线通信协议. 当年底设备安装在位置大多用于LoRaWAN技术,只有拥有难以实现等技术工作, 或者当能源效率是非常重要的. 在这种LoRaWAN用作LPWAN技术.

然而, 范围和功耗不是在物联网的唯一要点. 这往往被忽视的一个问题是网络设备的安全性. 之间 2017 和 2018 单独, 为的IoT设备已知的恶意软件的数量几乎增加了三倍. 但是,恶意软件并不是唯一的威胁. 物联网设备的大量发送数据的保护不充分, 造成这些数据和物联网基础设施的攻击也因此. 间谍, 数据的处理和系统完整的收购是示范性的攻击场景.

在物联网安全相关的另一个话题是固件更新; 它们使制造商带来了新的功能,设备和, 在安全事故的情况下,, 纠正他们不必成为活跃用户. 从而使攻击者无法注入假的固件到设备中这是非常重要的更新也以安全的方式进行.

结合使用一个LoRaWAN协议进行数据传输的固件更新和终端设备创建了一个全新的挑战. 虽然基于IP的技术, 如乙. W-LAN, 已经有特定协议的一些建议, 通过LoRaWAN更新依然很大的未开发. 该经典协议不能被使用的原因可以LoRaWAN技术的限制,可以找到. LoRaWAN, 例如, 在数据速率和传输LoRaWAN速度方面高限制和不具有标准化的传输协议, 其补偿在数据传输损失可能.

1.1 智能邮箱

在这项工作中, 特定的应用被认为是物联网和安全性的各种话题进行检查. 智能邮箱开发, 该通知通过他们的智能手机用户时,邮箱已收到邮件.

1.1.1 用例

智能邮箱的基本思想是,以确保用户不会经常要打开他的邮箱,看看是否有任何邮件它. 代替, 他应该尽早他的移动设备上收到通知,有邮件的邮箱. 这样做的好处是,用户的时间是没有必要因为邮箱是远离用户或很少含有邮件声称.

应用程序的功能被刻意地保持,因为专注于安全和能源效率的小. 此外, 该应用程序被开发为一种 “延期”. 它应该能够与用户的部分努力就能安装任何信箱做到这一点. 电池的操作和很小的外形因而也为项目需求.

1.1.2 研究的主题与LoRaWAN传输

如前面提到的, 工作的重点是物联网安全. 此外, 能源效率被认为是. 从这些优先事项, 但是也有一些使用智能邮箱检查一直是第一点几副标题是安全的, E2E加密的数据传输LoRaWAN. 特别是在公共场所的邮箱, 攻击者没有发现可以判断是很重要的是否和多少邮件是邮箱. 这可以防止谁可以很容易地找出一个磨合将是值得. 保护也是对操纵重要的是防止用户接收关于邮箱的条件虚假信息. 此外, 它检查到什么程度加密密钥的这些任务的谈判是一种安全的方法可以在没有设备或第三方制造商可以找出进行.

调查的下一个重点是通过LoRaWAN的安全固件更新. 目前关于固件的转让没有官方标准. 通过LoRaWAN更新. 为此, 它是这项工作的主要任务之一
以设计和测试. 到底, 智能邮箱应该能够通过LoRaWAN进行固件更新,无需用户干预. 这些更新也必须加密固定,防止操纵. 最后, 它是检查邮件是怎么扔进可被识别邮箱设备. 检查各种技术和合适的一个被确定.

2.1 LoRaWAN

LoRaWAN为的IoT应用的LoRaWAN溶液与数据节能少量,并且可以在大距离无线传送的. 它由LORA无线电一方面, 对于物理数据LoRaWAN传输,以及在LoRaWAN本身的另一方面的协议, 这是基于洛拉MAC协议积聚并提供一个标准化的程序,用于经由LORA数据的传送. LoRaWAN, 在这项工作中的关键点之一, 用于通信终端设备, 包括智能邮箱.

2.1.1 什么是洛拉

洛拉是通过升特无线通信的两个通信伙伴之间的开发了频率调制过程允许. 它是, 因此, 一个物理协议 (防盗层 1), 其中仅接管物理数据传输的调制. 洛拉使用频率调制的线性调频脉冲来编码符号. 使用用途啁啾调制“啁啾”,以发射符号. 频率在带宽上连续地变化在限定的时间段. 传送的符号是关于线性调频脉冲的开始被定义.

的主要优点在于相比于FSK或PSK调制此优惠远距离和对噪声的鲁棒性. 两者都是由所使用的扩频因子和带宽. 扩频因子确定单一线性调频脉冲的持续时间, 即如何广泛被传播”. 较高的因子意味着较宽的符号, 这确保较长LoRaWAN变速器范围, 而且较慢的数据传输. 在Lora从传播的因素 7 至 12 被定义为, 这意味着LoRaWAN传输速度从最大的 37.5 千位 / s至最小的 300 位 / s时,可以实现. 带宽被固定在 125 千赫, 250 kHz或 500 kHz和也影响信号的范围和速度. 这些参数的具体选择由LoRaWAN确定.

频率即洛拉用途依赖于区域. 在欧洲, 您可以 868 MHz或在 433 兆赫可以发送. 需要提及的是,这些频率是免许可的频谱是非常重要的, 所以没有使用它们的许可费. 为了弥补这一点, 申请时间, 发送限制,所有的设备都必须坚持. 这是间 0.1% 和 10%, 根据所使用的频率.

2.1.2 什么是 LoRaWAN

LoRaWAN是MAC协议 (防盗层 2), 这是基于洛拉 (而且与FSK可使用), 并且也是网络协议的一些元件 (防盗层 3) 包含. 它定义了消息格式, 以及MAC命令来控制转印. 用于底层LORA传输的参数也由LoRaWAN确定. 第一部分是实际的规格, 它定义了消息格式, 的MAC命令, 和序列. 区域参数, 对于LORA其特定的设置, 以及一些调整或增加的LoRaWAN协议, 被作为一个扩展可用限定取决于相应的区域.

一个LoRaWAN网络由参与者的几组,并在星通过星形拓扑组织, 如图 5. 在中间的是网络服务器, 这是LoRaWAN网络,并提供客户端应用程序的API的服务器端管理. 管理LoRaWAN应用程序和发送和邮件发送到接收. 该服务器通过IP连接多个网关通信. 其主要任务是通过洛拉,反之亦然,以转发从所述网络服务器接收到的终端设备的分组LoRaWAN. 于是, 它们用作用于改变物理介质的接口. 站在端比用一个或多个网关通信,以传输它们的数据终端设备. 所述LoRaWAN协议是仅用于在网关和终端设备之间. 没有标准对其余路径和该格式定义的, 因此, 取决于所用的具体应用.

在此背景下, LoRaWAN承担一些任务, 这将在下文进一步解释. 这包括使用的数据不同的通信类可以以不同的方式被发送, 两个选项将设备添加到一个LoRaWAN应用, 传输的数据的加密和完整性检查, 和用于控制该连接的各种MAC命令. 后者将不会进一步解释,因为他们是非常具体的,不相关的这项工作.

2.1.3 LoRaWAN数据传输模式

LoRaWAN支持用于数据传输的三种不同的模式. 每个莫迪都有特定的使用案例, 还有的优点和缺点, 其下面列出.

A级

A级 模式 由所有的终端设备和网关中使用的主LoRaWAN传输模式必须被支持. 它允许基于ALOHA原理终端和网关之间的双向通信. 在LoRaWAN的情况下,, 这意味着终端可以在任何时间发送数据, 但只有两个发送一个数据包后一个短的时间间隔也可以接收数据.

这种模式的优点是,只在发送数据和后不久本回合在LORA收发器的终端装置接收响应得. 这意味着它可以保持停用大部分时间, 既节约了能源. 缺点, 然而, 是终端不具有在所有其它时间的任何数据可以接收. 此外, 只有一个可以接收针对每个数据分组发送成为.

A类操作, 因此, 使得当主要发送上行信息,很少下行链路消息最感. 由于LoRaWAN优选在传感器和类似的低性能的终端设备,通常仅适用于最终应用提供状态信息被用于大多数终端设备的优选数据传输模式.

LoRaWAN传输类

B类

B类是不具有延伸部,以通过终端设备所支持. 通过该模式可以通过终端设备除了A级定期使用. 接收来自网关的数据,而不必首先给自己发送. 信标发出所谓的灯塔每 128 小号, 其中包含有关网关的一些状态信息. 接收那么这可以使用该信标而ping时隙周期性来计算在该数据可被接收到的时间端设备. 这使他们能够在合适的时间为短的瞬间接通LORA收发器,以接收可能存在的任何数据. 该过程如下所示.

LoRaWAN传输乙级

B类提供可访问性和能量消耗,因为平槽周期之间的良好平衡可以调整,以控制多久应该接收. 这意味着更多的能量比对于纯A类操作中使用, 但仍存在其中LORA收发器可以被关闭,长期. B类的另一个优点是在能力来存储数据 8 能够多播同时发送到几个设备, 只要地址和密钥是相同的. 组播组可以, 因此, 创建.

使用B类的意义,如果一个装置必须更频繁地接收数据,而发送数据本身, 但该设备仍然有工作能高效地. 一个典型的应用将是是常规的能而不对时间要求严格地控制终端设备.

C类

最后, 也可选, 发送模式为C类. 在这, 所述开关端子永久地在接收到能够在任何时间从网关接收数据. 与A级变速器的选择仍是在下面的图片.

LoRaWAN传输C类

C类的优点是,数据可以在任何时刻被接收. 然而, 的价格,这是高能耗, 因为终端设备必须保持LORA随时收发机现. 组播LoRaWAN传输,也可以在这里.

当大量的数据具有随时间或当时间关键的转移发生在短期内被转移类-C应该只用于. 这样的终端设备应该有一个永久的电源,因为这种模式下消耗了太多的能量,电池操作.