LoRa

LoRaWAN

en: Long Range wireless data telemetry

A LoRa Szövetség (LoRa Alliance™) egy nyitott és non-profit szervezet. Fő termékük a LoRaWAN™ LPWAN protokoll, ami az IoT rendszerekhez fejlesztettek ki.

A LoRaWAN célja a többi LPWAN-hoz képest nagyobb hatótávolság biztosítása, főleg IoT alkalmazások részére (ezeknek az összevetése itt található). Jellemzői:

Alkalmazott moduláció: CSS
Hatótávolsága: városban 2..5 km, nyílt terepen 15 km
Átvitelre használt sávok: Az UHF ISM sávjai: EU:868 MHz, US:915 MHz, Ázsia:433 MHz
Jellemző adatátviteli sebesség: 290 bps..50 kbps

A LoRaWAN fizikai szintjén a CSS modulációt alkalmazza egy speciális hibajavító eljárás, a FEC (forward error correction) mellett. Ez lehetővé teszi több adó forgalmazását is az adott sávban. A kapcsolat végpontjai között az átvitel AES128 kódolással történik.

A LoRaWAN által használt sávok

A LoRaWAN minden esetben az adott kontinensen / országban licenc-mentes ISM sávokon forgalmaz:

  • EU: 863 - 870 MHz
  • EU: 433 MHz
  • US: 902 - 928 MHz
  • AU: 915 - 928 MHz
  • CN: 779 - 787 MHz
  • CN: 470 - 510 MHz
  • AS: 923 MHz
  • KR: 920 - 926 MHz
  • IN: 865 - 869 MHz

A LoRaWAN kapcsolati rétegei

A LoRaWAN több kapcsolati rétegre tagolódik:

A LoRaWAN több kapcsolati rétegre tagolódik

A LoRaWAN eszköz-osztályai

A LoRaWAN 3 eszköz-osztályt definiál:

Class "A"

Az "A" osztályú eszközök akkumulátorral működnek. Ha az egység adatot küld a szerver felé, akkor két rövid, ellenirányú ablakot nyit meg az esetleges parancsokhoz. Ha a szerver nem tud lefelé parancsot küldeni a két rövid ablaknyi időben, akkor meg kell várnia a következő felfelé irányuló üzenetet.

Class "B"

A B osztályú eszközök is akkumulátorral működnek, de az A osztályú két rövid ablakon kívül a B osztálynak van egy további ablakja is, melyet ütemezett időpontokban nyit meg. Ez az ablak szinkronizálva van a szerverrel, és lehetővé teszi a szerver számára, hogy az adott időpontokban parancsot küldjön az egységnek.

Class "C"

A C osztályú készülékek közvetlen betáppal rendelkeznek, a vételi ablakok csaknem folyamatosan nyitottak, csak az átvitel idejére zárják le azokat.

A LoRaWAN adatbiztonság

A LoRaWAN adatbiztonság

A LoRaWAN kétféle szimmetrikus munkamenetkulcsot használ a kommunikáció biztonsága érdekében, melyek mindegyike LoRa eszközönként egyediek. Az NwkSkey az üzenetek integritásának garantálására szolgál az eszköztől a LoRa hálózati kiszolgálóig. Az AppSkey az end-to-end AES-128 titkosításhoz használható az eszköztől az alkalmazáskiszolgálóig.

OTAA

en: Over-the-Air-Activation

A LoRaWAN ™ eszközök két módon csatlakozhatnak a hálózathoz. Az első az OTAA, (Over-the-Air-Activation). Az eszköz és a hálózat ilyenkor egy 128 bites AppKey kulcsot cserél. Amikor a készülék elküldi a csatlakozási kérelmet, az AppKey is MIC kérelmet (Message Integrity Code) hoz létre. A kiszolgáló ellenőrzi a MIC-et az AppKey alkalmazásával.

Ha az ellenőrzés mindent érvényesnek talál, a szerver két új 128 bites kulcsot, egy aplikációs kulcsot (AppSkey) és egy hálózati kulcsot (NwkSkey) generál. Ezeket a kulcsokat visszaküldi az eszközre az AppKey segítségével. Az üzenet megérkezése után az eszköz dekódolja és telepíti a két munkamenetkulcsot.

ABP

en: Activation by Personalization

A hálózati csatlakozás második módja az ABP (Activation by Personalization). Ebben az esetben a készülékek munkamenetkulcsait a felhasználó kezeli.

A LoRaWAN átviteli távolság rekordja

Jelenleg ezt a csúcsot egy Németország és Hollandia határán felbocsátott ballon, illetve az arra szerelt LoRaWAN jeladó tartja. A ballon 38.772 méter magasra emelkedett, és a jeleit a lengyel Wroclaw-ban is sikerült fogni, 702,676 km távolságra:

A LoRaWAN átviteli távolság rekordja

Az egység a standard 25mW (14dBm) beállítással működött.

LoRaWAN alkalmazások