Das technische Prinzip von LoRaWAN und von seiner Anwendung im Wasser, im Strom und im Gas
Mit der allmählichen Entwicklung des Internets von Sachen, haben viele Anwendungen des Internets von Sachen kleine Datenpakete und eine hohe Toleranz für Verzögerung, die eine breite Palette der Entwicklung erfordert, oder sind in Fern-, im Keller, im Untergrund und in anderen Plätzen mit der ernsten Abschirmung. Es ist nicht einfach, damit vorhandene drahtlose Kommunikations- oder Mobilkommunikationstechnologie Signale überträgt. Die Kommunikationstechnologie mit der Langstrecken- und Energien-Leistungsaufnahme, die in Erwiderung auf die oben genannte Situation entwickelt wird, wird zusammen Netz des weiten Bereichs der geringen Energie (LPWAN) genannt.
LPWAN hat die Vorteile der Leistungsaufnahmen-, Langstrecken- und supergroßen Zahl der geringen Energie der Verbindungen, also ist es für die Anwendungen passend, die umfangreiche Entwicklung und kleine Menge der Datenübertragung erfordern. Diese Eigenschaft ist mit den Anwendungsanforderungen von intelligenten Energiemeterinformationen acquisition.LPWAN kann in zwei Lager entsprechend dem Frequenzband unterteilt werden verwendete sehr in Einklang: autorisiertes Frequenzband und nicht autorisiertes Frequenzband. Die Entwicklung der nicht autorisierten Technologie des Frequenzbandes LPWAN ist früher, und die Haupttechnologie ist LoRaWAN.
Einleitung zu LoRaWAN
LoRaWAN ist ein Satz Übertragungsprotokoll und Systemarchitektur, die für Langstreckenkommunikationsnetz LoRa bestimmt sind. Es definiert, wie Daten in das LoRaWAN-Netz übertragen werden (das Netz hier bezieht sich Knoten, Zugänge und auf Server), definiert die Art von Mitteilungen, von Datenrahmenkonstruktion und von Sicherheitsverschlüsselungsmethoden, stellt das Einzelgeschäft des Netzzugangs vor und erklärt den Unterschied zwischen Meister und Nebenrechnern.
LoRaWAN betrachtet völlig einige Faktoren wie Knoten-Leistungsaufnahme, Netzkapazität, Sicherheit und Netzanwendungsverschiedenartigkeit im Entwurf des Protokolls und der Netzwerk-Architektur.
LoRaWAN-Netzwerk-Architektur
Das folgende ist die Netzwerk-Architektur von LoRa:
Eine LoRaWAN-Netzwerk-Architektur umfasst vier Teile: Anschluss, Zugang, Netzwerk-Server und Applikationsserver. Stern- und Mobilfunknetztopologien werden zwischen Zugang und Anschluss verwendet. Wegen der Langstreckeneigenschaften von LoRa, kann einzelnes Hopfengetriebe zwischen ihnen benutzt werden. Der Terminalknoten kann zu den mehrfachen Zugängen gleichzeitig senden. Der Zugang vorwärts die LoRaWAN-Protokolldaten zwischen dem NS und dem Anschluss, überträgt die LoRaWAN-Daten zwischen dem Anschluss und dem Zugang durch LoRa-Hochfrequenz und überträgt die LoRaWAN-Daten zwischen dem Zugang und dem Netzwerk-Server durch TCP/IP Protokoll.
Überblick über LoRaWAN-Protokoll
1、 Klassifikation von Terminalknoten
Im Hinblick auf technische Spezifikationen ist die LoRaWAN-Übertragungsrate über 30bit/s-50kbit/s, ist der Getriebeabstand ungefähr 2-5km in den Stadtgebieten und bis 15km in den Vorstadtgebieten. Er stützt Zweiweggetriebe. Die Getriebemodi können in Grundlinie (Klasse A), Leuchtfeuer (Klasse B) unterteilt werden und ununterbrochenes (Klasse C) entsprechend den Verzögerungsanforderungen und der Leistungsaufnahme, die Klasse ein Modus kann nur übertragen werden, wenn das ABTD-Terminal einen Antrag, mit der niedrigsten Leistungsaufnahme sendet und in den Wasserzählern und in den Gaszählern verwendet wird; Klasse C ist der Dauerbetrieb von Daten mit der kürzesten Laufzeit. Klasse C wird im Allgemeinen in den Strommetern benutzt.
2、 Uplink und Downlinkgetriebe des Terminalknotens
Dieses ist das Relaisdiagramm des Uplink und des Downlink der Klasse A. zur Zeit, empfangen RX1 von Fenster beginnt im Allgemeinen 1 zweites nach dem Uplink, und RX2 von empfangen Fensteranfänge 2 Sekunden nach dem Uplink.
Klasse C und A sind im Allgemeinen die selbe, außer dass, wenn Klasse A schläft, öffnet sie empfängt Fenster RX2.
3、 Vernetzung von Terminalknoten
Es gibt zwei Maskenmodi für Terminalnetzzugang: Über der Luft-Aktivierung (OTAA) und Aktivierung durch Personifizierung (ABP).
Handels-LoRaWAN-Netze folgen im Allgemeinen dem OTAA-Aktivierungsprozeß, damit Sicherheit garantiert werden kann. Auf diese Art müssen Parameter DevEUI, AppEUI und AppKey vorbereitet werden.
DevEUI ist a global - einzigartige Identifikation, die IEEE EUI64 ähnlich ist, das ein einzigartiges ABTD-Terminal identifiziert. Es ist mit dem MAC address des Gerätes gleichwertig.
AppEUI ist a global - einzigartige Identifikation, die IEEE EUI64 ähnlich ist, das einen einzigartigen Anwendungsanbieter identifiziert
AppKey wird dem Anschluss vom Anwendungsinhaber zugewiesen. Es muss auf dem Netzwerk-Server konfiguriert sein und brannte auf dem entsprechenden Anschluss.
Nach den Terminaleingeführten schließen Sie sich Prozess, ihm herausgibt den Vernetzungsbefehl an. Nachdem der NS (Netzwerk-Server) bestätigt, dass es keinen Fehler gibt, macht er eine Vernetzungsantwort auf den Anschluss und weist die Endsystemadresse DevAddr zu (32-Bit-Identifikation). Beide Parteien verwenden die relevante Information in der Vernetzungsantwort und das AppKey, zum der Sitzungsschlüssel NwkSKey und AppSKey, die zu erzeugen verwendet werden, um data.NwkSKey zu verschlüsseln und zu überprüfen, wird auf dem Netzwerk-Server für Kommunikation zwischen dem Netzwerk-Server und dem Anschluss gespeichert; AppSKey wird im Applikationsserver für Kommunikation mit dem Netzwerk-Server gerettet.
Wenn die zweite Screening-Methode, ABP-Aktivierung, angewendet wird, schließen sich die drei abschließenden LoRaWAN-Kommunikationsparameter DevAddr, NwkSKey, und AppSKey sind direkt konfiguriert, und Prozess wird angefordert nicht mehr an. In diesem Fall kann das Gerät Anwendungsdaten direkt senden. Wegen des Mangels an Zweiwegauthentisierung, illegale Anschlüsse auf das Netz zugreifen oder werden verursacht möglicherweise durch Pseudobasisstationen. Deshalb im allgemeinen verwenden Handelsprojekte den OTAA-Aktivierungsprozeß.
4 empfangende und sendende、 Daten
Nachdem man auf das Netz zugegriffen hat, werden die Anwendungsdaten unter Verwendung des Verschlüsselungsalgorithmus des Stückchen AES128 verschlüsselt. Die folgende Zahl zeigt den Sicherheitsmechanismus jedes Teils im Kommunikationsprozess:
Netzwerk-Server und Terminalknoten verwenden MIC-Überprüfung, um sicherzustellen, dass correctness.MIC-Überprüfung AES-CMAC Algorithmus, einschließlich Rahmenzählung (Angriffe der erneuten Übertragung verhindern) und NwkSKey (das abgebende Paket verhindern) verwendet und AppSKey-Verschlüsselung verwendet, um Benutzerdaten zu verschlüsseln (wie in der Zahl gezeigt unten)
LoRaWAN spezifiziert zwei Arten Datenfelder: Bestätigt oder unbestätigt d.h. die Art, die eine Antwort und die Art erfordert, die keine Antwort erfordert. Der Hersteller kann die passende Art entsprechend dem Anwendungsbedarf vorwählen.
Darüber hinaus können wir von der Einleitung sehen, dass eine der bedeutenden Erwägungen LoRaWAN-Entwurfs zu Beginn zur Umfeldaufgabeverschiedenartigkeit ist. Zusätzlich zur Anwendung von AppEUI, um Anwendungen zu teilen, können FPort-Anwendungshäfen auch benutzt werden, um Daten während des Getriebes separat zu verarbeiten. Die Wertstrecke FPort ist (1~223), das durch die Anwendungsschicht spezifiziert wird.
5、 ADR-Mechanismus
LoRa-Modulation hat Faktor des verbreiteten Spektrums, und verschiedene Faktoren des verbreiteten Spektrums haben unterschiedlichen Getriebeabstand und -Übertragungsrate und beeinflussen nicht Datenübertragung.
Zwecks die Kapazität des LoRaWAN-Netzes erweitern, eine anpassungsfähige Datenrate LoRa - ADR-Mechanismus ist auf dem Protokoll entworfen. Geräte mit verschiedenen Getriebeabständen verwenden die schnellste Datenrate, wie möglich entsprechend der Getriebesituation. Dieses macht auch die Gesamtdatenübertragung leistungsfähiger.
LORAWAN kennzeichnet
LoRaWAN wird durch drahtlose Übertragung, starke Entstörungsfähigkeit, verschlüsselte Kommunikation, breite Abdeckung, Leistungsaufnahme der geringen Energie, große Verbindung und niedrige Kosten gekennzeichnet.
Langstrecken: Dank den Gewinn der Modulation des verbreiteten Spektrums und des Vorwärtsfehlerkorrekturcodes, LoRa erzielt über zweimal den Kommunikationsabstand der Mobiltelefontechnologie.
Große Kapazität: Es gibt viele Knoten im Internet von Sachen. Ein LoRaWAN-Netz kann zehn Tausenden Knoten leicht anschließen.
Einfache Kapazitätserweiterung: Wenn ein LoRaWAN-Netz die Kapazität erhöhen muss, können Sie Zugänge addieren.
Sicherheit: LoRaWAN ist ein doppeltes verschlüsseltes Internet von Things.It ist passend für Informationsanwendung von Wasser- und Strommetern.
Technische Indikatoren des Zugangs und des Moduls
1、 Zugang
Intelligenter Zugang G200 (Innen)
Intelligenter Zugang G500 (im Freien)
2. LoRaWan-Modul
Gemessene Daten
1、 Zug-Abstandstest
In einer Luftliniendistanz von 3.7KM vom Testgelände, ist die Signalstärke - 94, das Signal zur Rauschzahl ist - 6,0, und die Datenpakete der internen Antenne und der Außenantenne sind normal.
、 2 in der GebäudeEindringprüfung
Der Zugang ist in den Oberflächenbrunnen im 15. Stock des Errichtens 4 in einer Gemeinschaft installiert
In den Daten in der Tabelle oben, ist die Signalstärke mehr als - 100dbm (weit mehr als die empfangende Empfindlichkeitsgrenze des Moduls auf - 139dbm) und das störsignalisierende Verhältnis ist mehr als - 10, die wechselseitige zuverlässige Kommunikation erzielen können. Deshalb wenn der Zugang im 15. Stock gesetzt wird, kann die Signalabdeckung des ganzen Gebäudes im 32. Stock erzielt werden.
Antriebskraft-Erfolgsquotetest mit 3、 Daten
Von den oben genannten Testdaten können wir, dass 120 Tabellen Daten innerhalb 3 Minuten laden können, mit einer durchschnittlichen Erfolgsquote von sehen mehr als 99%.
4、 Schlussfolgerung
(1) kann der Gebrauch der eingebauten Antenne in der Stadt normale Kommunikation innerhalb 2-3km sicherstellen, und der Gebrauch der externen Richtantenne kann ein Langstrecken erzielen.
(2) kann das Signal 10-15 Böden eindringen.
(3) kann ein 8-Kanal-Halbduplexzugang 120 Meter sicherstellen, um zuverlässige Datenübertragung innerhalb 3 Minuten abzuschließen. Wenn ein Halbduplexzugang mit 16 Kanälen benutzt wird, können die Daten von mehr als 200 Metern zuverlässig übertragen werden.
7、 Anwendungsfall
Dieser Fall ist ein großer Park in Turkmenistan, das eine Reihe Infrastrukturen wie Bürogebäude, Wohnsitze, Sportorte und Geschäfte erfasst. Er ist ungefähr 2.3km, die breit sind und lange 4.3km.
Der rote Punkt zeigt den Standort des Zugangs an
Dieses ist ein großer Park, der das folgende Internet von Sachengeräten benutzt:
Kann von den oben genannten Daten so gesehen werden, verwendet der Park nicht nur viele Arten IoT-Geräte, aber auch eine große Zahl. Mit LoRaWan-Technologie ist das Frequenzband 864-865MHz besonders anfertigte für es. 55 intelligente Zugänge G200 (Innen) und 55 intelligente Zugänge G500 (im Freien) werden benutzt, um die Zugangsvernetzung aller Geräte abzuschließen. Gleichzeitig kann ein Netzwerk-Server die Daten empfangen, die durch alle Geräte übertragen werden und die leistungsfähige Verarbeitung durchführen.
Die Gesamtsystemarchitektur, die im Fall verwendet wird, wird in der folgenden Zahl gezeigt:
Alle Ausrüstung und Dienstleistungen in diesem Fall werden am Ort im Campus des Kunden in einer integrierten Art eingesetzt, die die Sicherheit und die Privatsphäre von den Daten sicherstellen kann, die durch alle Ausrüstung übertragen werden.
Wenn Kunden brauchen, können sie den Netzwerk-Server, die Zugangsplattform oder die Anwendungsplattform in der Wolke auch einsetzen, oder die Plattform der vorhandenen Anwendung direkt benutzen, um Daten durch das Ankoppeln mit der Zugangsplattform zu erhalten und zu verarbeiten.
Die Anwendungsplattform kann die verschiedenen Dienstleistungen erbringen, die von den Kunden für verschiedene Geräte entsprechend den Daten gefordert werden, die durch verschiedene Geräte gesammelt werden: