Η τεχνική αρχή LoRaWAN και της αίτησής του στο νερό, την ηλεκτρική ενέργεια και το αέριο

Με τη βαθμιαία ανάπτυξη του Διαδικτύου των πραγμάτων, πολλές αιτήσεις του Διαδικτύου των πραγμάτων έχουν τα μικρά πακέτα στοιχείων και μια υψηλή ανοχή για την καθυστέρηση, που απαιτεί ένα ευρύ φάσμα της επέκτασης, ή βρίσκονται σε μακρινό, το υπόγειο, υπόγεια και άλλες θέσεις με το σοβαρό προστατευτικό κάλυμμα. Δεν είναι εύκολο για την υπάρχουσα ασύρματη επικοινωνία ή την τεχνολογία κινητής επικοινωνίας να διαβιβαστούν τα σήματα. Η τεχνολογία επικοινωνιών με τη μεγάλης απόστασης και χαμηλής ισχύος κατανάλωση που αναπτύσσεται σε απάντηση στην ανωτέρω κατάσταση καλείται συλλογικά χαμηλής ισχύος δίκτυο ευρείας περιοχής (LPWAN).

LPWAN έχει τα πλεονεκτήματα της χαμηλής ισχύος κατανάλωσης, του μεγάλης απόστασης και έξοχου μεγάλου αριθμού συνδέσεων, έτσι είναι κατάλληλο για τις εφαρμογές που απαιτούν τη μεγάλης κλίμακας μετάδοση στοιχείων επέκτασης και μικρού ποσού. Αυτή η πρακτική είναι πολύ πάγεια προς τις απαιτήσεις εφαρμογής των ευφυών πληροφοριών acquisition.LPWAN ενεργειακών μετρητών μπορεί να διαιρεθεί σε δύο στρατόπεδα σύμφωνα με τη ζώνη συχνότητας χρησιμοποιούμενη: εξουσιοδοτημένη ζώνη συχνότητας και μη εξουσιοδοτημένη ζώνη συχνότητας. Η ανάπτυξη της μη εξουσιοδοτημένης τεχνολογίας ζώνης LPWAN συχνότητας είναι προηγούμενη, και η κύρια τεχνολογία είναι LoRaWAN.

Εισαγωγή σε LoRaWAN

Το LoRaWAN είναι ένα σύνολο αρχιτεκτονικής πρωτοκόλλου και συστημάτων επικοινωνίας που σχεδιάζεται για το ευρύ δίκτυο επικοινωνίας της Lora. Καθορίζει πώς το στοιχείο διαβιβάζεται στο δίκτυο LoRaWAN (το δίκτυο αναφέρεται εδώ στους κόμβους, τις πύλες, και τους κεντρικούς υπολογιστές), καθορίζει τον τύπο μηνυμάτων, δομής πλαισίων στοιχείων, και μεθόδων κρυπτογράφησης ασφάλειας, εισάγει τη συγκεκριμένη λειτουργία της πρόσβασης στο δίκτυο, και εξηγεί τη διαφορά μεταξύ των υπολογιστών κυρίου και σκλάβων.

Το LoRaWAN εξετάζει πλήρως διάφορους παράγοντες όπως η κατανάλωση ισχύος κόμβων, η ικανότητα δικτύων, η ασφάλεια και η ποικιλομορφία εφαρμογής δικτύων στο σχέδιο του πρωτοκόλλου και της δικτυακής αρχιτεκτονικής.

Δικτυακή αρχιτεκτονική LoRaWAN

Τα εξής είναι η δικτυακή αρχιτεκτονική της Lora:

Μια δικτυακή αρχιτεκτονική LoRaWAN περιλαμβάνει τέσσερα μέρη: τερματικό, πύλη, κεντρικός υπολογιστής δικτύων και διακομιστής εφαρμογών. Το αστέρι και οι κυψελοειδείς τοπολογίες δικτύων χρησιμοποιούνται μεταξύ της πύλης και του τερματικού. Λόγω των μεγάλης απόστασης χαρακτηριστικών της Lora, η ενιαία μετάδοση λυκίσκου μπορεί να χρησιμοποιηθεί μεταξύ τους. Ο τελικός κόμβος μπορεί να στείλει στις πολλαπλάσιες πύλες συγχρόνως. Η πύλη διαβιβάζει τα στοιχεία πρωτοκόλλου LoRaWAN μεταξύ του NS και του τερματικού, διαβιβάζει τα στοιχεία LoRaWAN μεταξύ του τερματικού και της πύλης μέσω της ραδιοσυχνότητας της Lora, και διαβιβάζει τα στοιχεία LoRaWAN μεταξύ της πύλης και του κεντρικού υπολογιστή δικτύων μέσω του πρωτοκόλλου TCP/IP.

Επισκόπηση του πρωτοκόλλου LoRaWAN

1 ταξινόμηση、 των τελικών κόμβων

Από την άποψη των τεχνικών προδιαγραφών, το ποσοστό μετάδοσης LoRaWAN είναι για 30bit/s-50kbit/s, η απόσταση μετάδοσης είναι περίπου 25km στις αστικές περιοχές και μέχρι 15km στις προαστιακές περιοχές. Υποστηρίζει τη διπλής κατεύθυνσης μετάδοση. Οι τρόποι μετάδοσης μπορούν να διαιρεθούν σε βασική γραμμή (κατηγορία Α), αναγνωριστικό σήμα (κατηγορία Ψ) και συνεχής (κατηγορία Γ) σύμφωνα με τις απαιτήσεις καθυστέρησης και την κατανάλωση ισχύος, ο τρόπος κατηγορίας Α μπορεί μόνο να διαβιβαστεί όταν στέλνει η τελική συσκευή ένα αίτημα, με την πιό μικρή κατανάλωση ισχύος, και χρησιμοποιείται στα υδρόμετρα και τους μετρητές αερίου Η κατηγορία Γ είναι η συνεχής διαβίβαση στοιχείων με την πιό σύντομη καθυστέρηση μετάδοσης. Η κατηγορία Γ χρησιμοποιείται γενικά στους μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας.

μετάδοση ανερχόμενων ζεύξεων 2、 και κατιουσών συνδέσεων του τελικού κόμβου

Αυτό είναι το διάγραμμα ακολουθίας της ανερχόμενης ζεύξης και της κατιούσας σύνδεσης Class Α. Αυτή τη στιγμή, RX1 λαμβάνει το παράθυρο αρχίζει γενικά 1 το δεύτερο αφότου λαμβάνουν η ανερχόμενη ζεύξη, και RX2 τις ενάρξεις παραθύρων 2 δευτερόλεπτα μετά από τη ανερχόμενη ζεύξη.

Η κατηγορία Γ και Α είναι βασικά η ίδια, εκτός από το ότι όταν ανοίγουν οι ύπνοι κατηγορίας Α, αυτό λάβετε το παράθυρο RX2.

δικτύωση 3、 των τελικών κόμβων

Υπάρχουν δύο τρόποι διαλογής για τελικό την πρόσβαση στο δίκτυο: Πέρα από την ενεργοποίηση αέρα (OTAA) και την ενεργοποίηση από την εξατομίκευση (ABP).

Τα εμπορικά δίκτυα LoRaWAN ακολουθούν γενικά τη διαδικασία ενεργοποίησης OTAA, έτσι ώστε η ασφάλεια μπορεί να εγγυηθεί. Κατά αυτόν τον τρόπο, DevEUI, AppEUI, και οι παράμετροι AppKey πρέπει να προετοιμαστούν.

Το DevEUI είναι α συνολικά - μοναδική ταυτότητα παρόμοια με IEEE EUI64, το οποίο προσδιορίζει μια μοναδική τελική συσκευή. Είναι ισοδύναμο με τη διεύθυνση της MAC της συσκευής.

Το AppEUI είναι α συνολικά - μοναδική ταυτότητα παρόμοια με IEEE EUI64, το οποίο προσδιορίζει έναν μοναδικό προμηθευτή εφαρμογής

Το AppKey ορίζεται στο τερματικό από τον ιδιοκτήτη εφαρμογής. Πρέπει να διαμορφωθεί στον κεντρικό υπολογιστή δικτύων και να καεί στο αντίστοιχο τερματικό.

Αφότου αρχίζει το τερματικό ενώστε τη διαδικασία, εκδίδει την εντολή δικτύωσης. Αφότου επιβεβαιώνει το NS (κεντρικός υπολογιστής δικτύων) ότι δεν υπάρχει κανένα λάθος, θα κάνει μια απάντηση δικτύωσης στο τερματικό και θα ορίσει τη διεύθυνση DevAddr δικτύων (τριανταδυάμπιτη ταυτότητα). Και τα κόμματα χρησιμοποιούν τη σχετική πληροφορία σε απάντηση δικτύωσης και το AppKey για να παραγάγει τα κλειδιά NwkSKey και AppSKey συνόδου, που χρησιμοποιούνται για να κρυπτογραφήσουν και να ελέγξουν data.NwkSKey αποθηκεύεται στον κεντρικό υπολογιστή δικτύων για την επικοινωνία μεταξύ του κεντρικού υπολογιστή δικτύων και του τερματικού Το AppSKey σώζεται στο διακομιστή εφαρμογών για την επικοινωνία με τον κεντρικό υπολογιστή δικτύων.

Εάν η δεύτερη μέθοδος διαλογής, ενεργοποίηση ABP, χρησιμοποιείται, οι τρεις τελικές παράμετροι επικοινωνίας LoRaWAN DevAddr, NwkSKey, και AppSKey διαμορφώνονται άμεσα, και ενώστε τη διαδικασία δεν απαιτείται πλέον. Σε αυτήν την περίπτωση, η συσκευή μπορεί να στείλει τα στοιχεία εφαρμογής άμεσα. Λόγω της έλλειψης διπλής κατεύθυνσης επικύρωσης, τα παράνομα τερματικά μπορούν να έχουν πρόσβαση στο δίκτυο ή να προκληθούν από τους ψευδο σταθμούς βάσης. Επομένως, γενικά, τα εμπορικά προγράμματα χρησιμοποιούν τη διαδικασία ενεργοποίησης OTAA.

4 στοιχεία、 που λαμβάνουν και που στέλνουν

Μετά από να άσχει πρόσβαση στο δίκτυο, το στοιχείο εφαρμογής κρυπτογραφείται χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο κρυπτογράφησης κομματιών AES128. Ο ακόλουθος αριθμός παρουσιάζει μηχανισμό ασφάλειας κάθε μέρους στη διαδικασία επικοινωνίας:

Οι κεντρικοί υπολογιστές δικτύων και η τελική MIC χρήσης κόμβων επαλήθευση για να εξασφαλίσουν επαλήθευση correctness.MIC χρησιμοποιούν τον αλγόριθμο aes-CMAC, συμπεριλαμβανομένης της αρίθμησης πλαισίων (για να αποτρέψει τις επιθέσεις αναμετάδοσης) και NwkSKey (για να αποτρέψουν το πακέτο), και την κρυπτογράφηση AppSKey χρήσεων για να κρυπτογραφήσουν τα στοιχεία χρηστών (όπως φαίνεται στον αριθμό κατωτέρω)

Το LoRaWAN διευκρινίζει δύο τύπους πλαισίων στοιχείων: Επιβεβαιωμένος ή μη επιβεβαιωμένος, δηλ., ο τύπος που απαιτεί μια απάντηση και τον τύπο που δεν απαιτεί μια απάντηση. Ο κατασκευαστής μπορεί να επιλέξει τον κατάλληλο τύπο σύμφωνα με τις ανάγκες εφαρμογής.

Επιπλέον, μπορούμε να δούμε από την εισαγωγή ότι μια από τις σημαντικότερες εκτιμήσεις του σχεδίου LoRaWAN στην αρχή είναι να υποστηρίξει η ποικιλομορφία εφαρμογής. Εκτός από τη χρησιμοποίηση AppEUI για να διαιρέσουν τις εφαρμογές, οι λιμένες εφαρμογής FPort μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να επεξεργαστούν τα στοιχεία χωριστά κατά τη διάρκεια της μετάδοσης. Η σειρά αξίας FPort είναι (1~223), το οποίο διευκρινίζεται από το στρώμα εφαρμογής.

μηχανισμός ADR 5、

Η διαμόρφωση της Lora έχει τον παράγοντα απλωμένου φάσματος, και οι διαφορετικοί παράγοντες απλωμένου φάσματος θα έχουν τη διαφορετικά απόσταση μετάδοσης και το ποσοστό μετάδοσης, και δεν έχουν επιπτώσεις στη μετάδοση στοιχείων.

Προκειμένου να επεκταθεί η ικανότητα του δικτύου LoRaWAN, ένα προσαρμοστικό ποσοστό στοιχείων της Lora - ο μηχανισμός ADR σχεδιάζεται στο πρωτόκολλο. Οι συσκευές με τις διαφορετικές αποστάσεις μετάδοσης θα χρησιμοποιήσουν το γρηγορότερο ποσοστό στοιχείων όπως πιθανό σύμφωνα με την κατάσταση μετάδοσης. Αυτό καθιστά επίσης τη γενική μετάδοση στοιχείων αποδοτικότερη.

LORAWAN χαρακτηριστικά γνωρίσματα

Το LoRaWAN χαρακτηρίζεται από την ασύρματη μετάδοση, την ισχυρή αντιπαρεμβατική δυνατότητα, την κρυπτογραφημένη επικοινωνία, την ευρεία κάλυψη, τη χαμηλής ισχύος κατανάλωση, τη μεγάλη σύνδεση και το χαμηλότερο κόστος.

Μεγάλη τηλεφωνική απόσταση: Χάρι στο κέρδος της διαμόρφωσης απλωμένου φάσματος και του μπροστινού κώδικα διορθώσεων λάθους, η Lora επιτυγχάνει για δύο φορές την απόσταση επικοινωνίας της κυψελοειδούς τεχνολογίας.

Μεγάλη περιεκτικότητα: Υπάρχουν πολλοί κόμβοι στο Διαδίκτυο των πραγμάτων. Ένα δίκτυο LoRaWAN μπορεί εύκολα να συνδέσει τις δεκάδες χιλιάδων κόμβοι.

Εύκολη επέκταση ικανότητας: Όταν ένα δίκτυο LoRaWAN πρέπει να αυξήσει την ικανότητα, μπορείτε να προσθέσετε τις πύλες.

Ασφάλεια: Το LoRaWAN είναι κρυπτογραφημένο διπλάσιο Διαδίκτυο Things.It είναι κατάλληλο για την εφαρμογή πληροφοριών των μετρητών νερού και ηλεκτρικής ενέργειας.

Τεχνικοί δείκτες της πύλης και της ενότητας

1 πύλη、

Ευφυής πύλη G200 (εσωτερική)

Ευφυής πύλη G500 (υπαίθρια)

2. Ενότητα LoRaWan

Μετρημένα στοιχεία

1 δοκιμή απόστασης τραβήγματος、

Σε μια straight-line απόσταση 3.7KM από την περιοχή δοκιμής, η δύναμη σημάτων είναι - 94, η αναλογία σήματος/διαταραχή είναι - 6,0, και τα πακέτα στοιχείων της εσωτερικής κεραίας και της εξωτερικής κεραίας είναι κανονικά.

2、 στην οικοδόμηση της δοκιμής διείσδυσης

Η πύλη εγκαθίσταται στην επιφάνεια καλά στο 15ο πάτωμα χτίζοντας 4 μέσα μια κοινότητα

Στα στοιχεία στον πίνακα ανωτέρω, η δύναμη σημάτων είναι περισσότερο από - 100dbm (πολύ περισσότερο από το λαμβάνον όριο ευαισθησίας της ενότητας - 139dbm), και η σήματος προς θόρυβο αναλογία είναι περισσότερο από - 10, τα οποία μπορούν να επιτύχουν τη διπλής κατεύθυνσης αξιόπιστη επικοινωνία. Επομένως, εάν η πύλη τοποθετείται στο 15ο πάτωμα, η κάλυψη σημάτων ολόκληρου του κτηρίου στο 32$ο πάτωμα μπορεί να επιτευχθεί.

3 στοιχεία、 φορτώνουν τη δοκιμή ποσοστού επιτυχίας

Από τα ανωτέρω στοιχεία δοκιμής, μπορούμε να δούμε ότι 120 πίνακες μπορούν να φορτώσουν τα στοιχεία μέσα σε 3 λεπτά, με ένα μέσο ποσοστό επιτυχίας περισσότερο από 99%.

συμπέρασμα 4、

(1) η χρήση της ενσωματωμένης κεραίας στην πόλη μπορεί να εξασφαλίσει κανονική επικοινωνία μέσα σε 23km, και η χρήση της εξωτερικής κατευθυντικής κεραίας μπορεί να επιτύχει μια μεγαλύτερη απόσταση.

(2) το σήμα μπορεί να διαπεράσει 10-15 πατώματα.

(3) μια ημιαμφίδρομη πύλη 8 καναλιών μπορεί να εξασφαλίσει 120 μέτρα στην πλήρη αξιόπιστη μετάδοση στοιχείων μέσα σε 3 λεπτά. Εάν 16 διοχετεύουν η ημιαμφίδρομη πύλη χρησιμοποιείται, τα στοιχεία περισσότερων από 200 μέτρων μπορούν να διαβιβαστούν σοβαρά.

περίπτωση εφαρμογής 7、

Αυτή η περίπτωση είναι ένα μεγάλο πάρκο στο Τουρκμενιστάν, το οποίο συλλέγει μια σειρά υποδομών όπως τα κτίρια γραφείων, οι κατοικίες, οι αθλητικοί τόποι συναντήσεως και τα καταστήματα. Είναι περίπου 2.3km ευρέα και 4.3km μακριά.

Το κόκκινο σημείο δείχνει τη θέση της πύλης

Αυτό είναι ένα μεγάλο πάρκο, το οποίο χρησιμοποιεί το ακόλουθο Διαδίκτυο των συσκευών πραγμάτων:

Όπως μπορεί να δει από τα ανωτέρω στοιχεία, το πάρκο όχι μόνο χρησιμοποιεί πολλούς τύπους συσκευών IoT, αλλά και έναν μεγάλο αριθμό. Με την τεχνολογία LoRaWan, η ζώνη συχνότητας είναι που προσαρμόζεται 864-865MHz για το. 55 έξυπνες πύλες G200 (εσωτερικό) και 55 έξυπνες πύλες G500 (υπαίθριο) χρησιμοποιούνται για να ολοκληρώσουν τη δικτύωση πρόσβασης όλων των συσκευών. Συγχρόνως, ένας κεντρικός υπολογιστής δικτύων μπορεί να λάβει τα στοιχεία που διαβιβάζονται από όλες τις συσκευές και να εκτελέσει την αποδοτική επεξεργασία.

Η γενική αρχιτεκτονική συστημάτων που χρησιμοποιείται στην περίπτωση παρουσιάζεται στον ακόλουθο αριθμό:

Όλοι ο εξοπλισμός και οι υπηρεσίες σε αυτήν την περίπτωση επεκτείνονται τοπικά στην πανεπιστημιούπολη του πελάτη με έναν ενσωματωμένο τρόπο, ο οποίος μπορεί να εξασφαλίσει την ασφάλεια και τη μυστικότητα των στοιχείων που διαβιβάζονται από όλο τον εξοπλισμό.

Εάν οι πελάτες χρειάζονται, μπορούν επίσης να επεκτείνουν τον κεντρικό υπολογιστή δικτύων, την πλατφόρμα πρόσβασης ή την πλατφόρμα εφαρμογής στο σύννεφο, ή να χρησιμοποιήσουν άμεσα την υπάρχουσα πλατφόρμα εφαρμογής για να λάβουν και να επεξεργαστούν τα στοιχεία μέσω του ελλιμενισμού με την πλατφόρμα πρόσβασης.

Η πλατφόρμα εφαρμογής μπορεί να παρέχει τις διάφορες υπηρεσίες που απαιτούνται από τους πελάτες για τις διαφορετικές συσκευές σύμφωνα με τα στοιχεία που συλλέγονται από τις διαφορετικές συσκευές: