Il principio tecnico di LoRaWAN e di sua applicazione in acqua, elettricità e gas

Con lo sviluppo graduale di Internet delle cose, molte applicazioni di Internet delle cose hanno i piccoli pacchetti di dati e un'alta tolleranza per il ritardo, che richiede una vasta gamma di spiegamento, o sono situate in a distanza, in seminterrato, in metropolitana ed in altri posti con la protezione seria. Non è facile affinchè la comunicazione senza fili attuale o la tecnologia della comunicazione mobile trasmetta i segnali. La tecnologia della comunicazione con interurbana e basso consumo energetico sviluppati in risposta alla situazione di cui sopra collettivamente è chiamata rete in area geografica di potere basso (LPWAN).

LPWAN presenta i vantaggi di basso consumo energetico, di interurbana e del grande numero eccellente dei collegamenti, in modo da è adatto ad applicazioni che richiedono lo spiegamento e la piccola quantità su grande scala di trasmissione dei dati. Questa caratteristica è molto coerente con i requisiti di applicazione di informazioni intelligenti acquisition.LPWAN del tester di energia può essere divisa in due campi secondo la banda di frequenza ha usato: banda di frequenza autorizzata e banda di frequenza non autorizzata. Lo sviluppo della tecnologia non autorizzata della banda di frequenza LPWAN è più in anticipo e la tecnologia principale è LoRaWAN.

Introduzione a LoRaWAN

LoRaWAN è un insieme del protocollo di comunicazione e dell'architettura di sistema progettati per la rete di comunicazione interurbana di LoRa. Definisce come i dati sono trasmessi nella rete di LoRaWAN (la rete qui si riferisce ai nodi, agli ingressi ed ai server), definisce il tipo di messaggi, di struttura della struttura di dati e di metodi di crittografia di sicurezza, introduce l'operazione specifica di accesso alla rete e spiega la differenza fra il padrone ed i computer dello schiavo.

LoRaWAN completamente considera parecchi fattori quali il consumo di energia di nodo, la capacità di rete, la sicurezza e la diversità dell'applicazione della rete nella progettazione del protocollo e dell'architettura di rete.

Architettura di rete di LoRaWAN

Ciò che segue è l'architettura di rete di LoRa:

Un'architettura di rete di LoRaWAN comprende quattro parti: terminale, ingresso, server di rete e server applicativo. La stella e le topologie della rete cellulari sono usate fra l'ingresso ed il terminale. dovuto le caratteristiche interurbane di LoRa, la singola trasmissione del luppolo può essere usata fra loro. Il nodo terminale può inviare agli ingressi multipli allo stesso tempo. L'ingresso in avanti i dati di protocollo di LoRaWAN fra il NS ed il terminale, trasmette i dati di LoRaWAN fra il terminale e l'ingresso con radiofrequenza di LoRa e trasmette i dati di LoRaWAN fra l'ingresso ed il server di rete con il protocollo del TCP/IP.

Panoramica del protocollo di LoRaWAN

1 classificazione del、 dei nodi terminali

In termini di caratteristiche tecniche, il velocita di trasmissione di LoRaWAN è circa 30bit/s-50kbit/s, la distanza di trasmissione è circa 2-5km nelle aree urbane e fino a 15km nelle aree suburbane. Sostiene la trasmissione bidirezionale. I tipi di trasmissione possono essere divisi nella linea di base (classe A), il segnale (classe B) e continuo (classe C) secondo i requisiti ed il consumo di energia di ritardo, la classe un modo può essere trasmessa soltanto quando l'apparecchiatura terminale invia una richiesta, con il consumo di energia più basso ed è utilizzata nei contatori per acqua e nei contatori del gas; La classe C è la trasmissione continua dei dati con il più breve ritardo di trasmissione. La classe C è utilizzata generalmente nei metri dell'elettricità.

una tratta in salita di 2、 e trasmissione della tratta in discesa del nodo terminale

Ciò è attualmente il diagramma di sequenza della tratta in salita e della tratta in discesa di classe A., RX1 del ricevono la finestra generalmente iniziano 1 secondo dopo la tratta in salita e RX2 del ricevono gli inizio della finestra 2 secondi dopo la tratta in salita.

La classe C ed A è basicamente la stessa, salvo che quando la classe A dorme, apre riceve la finestra RX2.

una rete di 3、 dei nodi terminali

Ci sono i due modi di selezione per accesso alla rete terminale: Sopra l'attivazione dell'aria (OTAA) e l'attivazione dalla personalizzazione (ABP).

Le reti commerciali di LoRaWAN seguono generalmente il processo di attivazione di OTAA, di modo che la sicurezza può essere garantita. In questo modo, i parametri di DevEUI, di AppEUI e di AppKey devono essere preparati.

DevEUI è identificazione unica di a globalmente - simile a IEEE EUI64, che identifica un'apparecchiatura terminale unica. È equivalente all'indirizzo MAC del dispositivo.

AppEUI è identificazione unica di a globalmente - simile a IEEE EUI64, che identifica un fornitore di applicazione unico

AppKey è assegnato al terminale dal proprietario dell'applicazione. Deve essere configurato sul server di rete ed ha bruciato sul terminale corrispondente.

Dopo gli iniziati terminali unisca il processo, pubblica il comando della rete. Dopo che il NS (server di rete) conferma che non c'è errore, farà una risposta della rete al terminale ed assegnerà l'indirizzo di rete DevAddr (identificazione di 32 bit). Entrambi i partiti utilizzano il dato valido nella risposta della rete e il AppKey per generare le chiavi di sessione NwkSKey e AppSKey, che sono usate per cifrare e verificare data.NwkSKey è immagazzinato sul server di rete per la comunicazione fra il server di rete ed il terminale; AppSKey è conservato nel server applicativo per la comunicazione con il server di rete.

Se il secondo metodo di vagliatura, attivazione di ABP, è usato, i tre parametri di comunicazione finali di LoRaWAN DevAddr, NwkSKey e AppSKey è configurato direttamente ed uniscono il processo più non è richiesto. In questo caso, il dispositivo può inviare direttamente i dati di applicazione. dovuto la mancanza di autenticazione bidirezionale, i terminali illegali possono accedere alla rete o essere indotti dalle pseudo stazioni base. Di conseguenza, in generale, i progetti commerciali usano il processo di attivazione di OTAA.

4 dati del、 che ricevono e che inviano

Dopo l'accesso della rete, i dati di applicazione sono cifrati facendo uso dell'algoritmo crittografico del pezzo AES128. La seguente figura mostra il meccanismo di sicurezza di ogni parte nel processo di comunicazione:

I server di rete ed i nodi terminali usano la verifica del MIC per assicurare che la verifica di correctness.MIC usi l'algoritmo di AES-CMAC, compreso il conteggio della struttura (per impedire gli attacchi della ritrasmissione) e NwkSKey (per impedire pacchetto che manomette) ed usi la crittografia di AppSKey per cifrare i dati utenti (secondo le indicazioni della figura qui sotto)

LoRaWAN specifica due tipi di telai di dati: Confermato o non confermato, cioè, il tipo che richiede una risposta ed il tipo che non richiede una risposta. Il produttore può selezionare il tipo appropriato secondo i bisogni dell'applicazione.

Inoltre, possiamo vedere dall'introduzione che una delle considerazioni principali di progettazione di LoRaWAN all'inizio è a diversità dell'applicazione di sostegno. Oltre a usando AppEUI per dividere le applicazioni, i porti dell'applicazione di FPort possono anche essere usati per elaborare esclusivamente i dati durante la trasmissione. La gamma del valore di FPort è (1~223), che è specificato dal livello applicazioni.

meccanismo di ADR di 5、

La modulazione di LoRa ha fattore di spettro sparso ed i fattori differenti di spettro sparso avranno la distanza e velocita di trasmissione di trasmissione differenti e non colpiranno la trasmissione dei dati.

per ampliare la capacità della rete di LoRaWAN, un tasso di dati adattabile di LoRa - il meccanismo di ADR è progettato sul protocollo. I dispositivi con differenti distanze di trasmissione useranno il tasso di dati più veloce come possibile secondo la situazione della trasmissione. Ciò inoltre rende la trasmissione dei dati globale più efficiente.

LORAWAN caratterizza

LoRaWAN è caratterizzato dalla trasmissione senza fili, dalla forte abilità anti-interferenza, dalla comunicazione cifrata, dall'ampia copertura, dal basso consumo energetico, dal grande collegamento e dal basso costo.

Interurbano: Grazie al guadagno di modulazione di spettro sparso ed in avanti del codice correttivo, LoRa raggiunge circa due volte la distanza di comunicazione della tecnologia cellulare.

Grande capacità: Ci sono molti nodi in Internet delle cose. Una rete di LoRaWAN può collegare facilmente decine di migliaia di nodi.

Espansione facile di capacità: Quando una rete di LoRaWAN deve aumentare la capacità, potete aggiungere gli ingressi.

Sicurezza: LoRaWAN è doppio Internet cifrato di Things.It è adatto ad applicazione di informazioni dei metri dell'elettricità e dell'acqua.

Indicatori tecnici dell'ingresso e del modulo

1 ingresso del、

Ingresso intelligente G200 (dell'interno)

Ingresso intelligente G500 (all'aperto)

2. Modulo di LoRaWan

Dati misurati

1 prova di distanza di tirata del、

Ad una distanza rettilinea di 3.7KM dall'area campione, la potenza del segnale è - 94, il rapporto di segnale/disturbo sono - 6,0 ed i pacchetti di dati dell'antenna interna e di antenna esterna sono normali.

prova di penetrazione in costruzione di 2、

L'ingresso è installato nel pozzo di superficie sul 15° piano di costruzione dei 4 in una comunità

Nei dati nella tavola qui sopra, la potenza del segnale è più - 100dbm (molto più del limite della sensibilità in ricezione del modulo di - di 139dbm) ed il rapporto segnale-rumore è più - di 10, che possono raggiungere la comunicazione affidabile bidirezionale. Di conseguenza, se l'ingresso è disposto sul 15° piano, la copertura del segnale di intera costruzione sul 32° piano può essere raggiunta.

3 dati del、 caricano la prova di indice di successo

Dai dati di prova di cui sopra, possiamo vedere che 120 tavole possono caricare i dati in 3 minuti, con un indice di successo medio di più di 99%.

una conclusione di 4、

(1) l'uso dell'antenna incorporata nella città può assicurare la comunicazione normale all'interno di 2-3km e l'uso dell'antenna direzionale esterna può raggiungere un più interurbano.

(2) il segnale può penetrare 10-15 pavimenti.

(3) un ingresso in semiduplex di 8 canali può assicurare 120 metri per completare la trasmissione dei dati affidabile in 3 minuti. Se un ingresso in semiduplex di 16 canali è utilizzato, i dati di più di 200 metri possono essere trasmessi attendibilmente.

caso di applicazione di 7、

Questo caso è un grande parco nel Turkmenistan, che riunisce una serie di infrastrutture quali gli edifici per uffici, le residenze, le sedi di sport ed i negozi. È circa 2.3km ampi e 4.3km lunghi.

Il punto rosso indica la posizione dell'ingresso

Ciò è un grande parco, che usa seguente Internet dei dispositivi di cose:

Così può essere visto dai dati di cui sopra, il parco non solo utilizza molti tipi di dispositivi di IoT, ma anche un grande numero. Con la tecnologia di LoRaWan, la banda di frequenza è 864-865MHz ha personalizzato per. 55 ingressi astuti G200 (dell'interno) e 55 ingressi astuti G500 (all'aperto) sono utilizzati per completare la rete di accesso di tutti i dispositivi. Allo stesso tempo, un server di rete può ricevere i dati trasmessi da tutti i dispositivi ed eseguire l'elaborazione efficiente.

L'architettura di sistema globale utilizzata nel caso è indicata nella la seguente figura:

Tutti gli attrezzature e servizi in questo caso sono spiegati localmente nella città universitaria del cliente in un modo integrato, che può assicurare la sicurezza e la segretezza dei dati trasmessi da tutta l'attrezzatura.

Se i clienti hanno bisogno di, possono anche spiegare il server di rete, la piattaforma di accesso o la piattaforma dell'applicazione nella nuvola, o direttamente utilizzare la piattaforma dell'applicazione attuale per ottenere ed elaborare i dati con la messa in bacino con la piattaforma di accesso.

La piattaforma dell'applicazione può fornire i vari servizi richiesti dai clienti per i dispositivi differenti secondo i dati raccolti dai dispositivi differenti: