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為什么LoRa將是IoT的關鍵技術

關鍵詞:LoRa IoT

時間:2021-02-24 11:24:55      來源:網絡

隨著我們進入互聯時代,我們對物聯網(IoT)的依賴將更加明顯。在無數物理設備,車輛和其他物品之間主動傳輸大量數據的能力將成為改變人們和企業的游戲規則。

隨著我們進入互聯時代,我們對物聯網(IoT)的依賴將更加明顯。在無數物理設備,車輛和其他物品之間主動傳輸大量數據的能力將成為改變人們和企業的游戲規則。

Machina Research估計,到2025年,將有270億個IoT連接產生3萬億美元的收入。盡管2025年短距離無線技術將繼續占所有IoT連接的約72%,但Machina Research估計,將有11%的IoT連接將使用低功耗,廣域網(LPWAN)技術,這顯示了解決方案的真正市場機遇。圍繞遠距離和低功耗功能構建。

為了支持這一趨勢,物聯網需要可靠的技術,以便能夠充分利用各種連接應用程序。數據傳輸依賴于范圍廣,功耗低的安全網絡。解決方案是LoRa無線射頻技術,這是一種遠程,低功耗的無線射頻(RF)平臺。LoRa技術具有足夠的通用性,可以在稠密的城市環境和分散的農村地區運行,使其成為適用于多種案例的理想物聯網解決方案。

基于LoRa的IoT解決方案從啟用LoRa的嵌入式傳感器開始,該傳感器通過LPWAN網關應用程序發送數據(圖1)。然后將其發送到網絡服務器,并路由到應用程序服務器和云IoT服務。這些應用程序使用諸如機器學習和人工智能之類的技術來解釋從嵌入式傳感器收集的數據,從而安全地向最終用戶提供有價值的信息。

1.LoRa網絡架構

安全物聯網

Gartner發現,在過去三年中,近20%的組織至少觀察到了一次基于IoT的攻擊。該公司還預測,2021年全球在物聯網安全方面的支出將達到31億美元。

LoRaWAN規范是一種低功耗,廣域網協議,旨在將電池供電的物無線連接到局域、國家或全球網絡中的Internet。LoRaWAN網絡協議的關鍵要素是安全性。例如,其基準認證和安全框架基于AES 128加密方案,該方案由IEEE 802.15.4 / 2006附件B [IEEE802154]實施。通過使用單獨的密鑰進行用戶數據加密和身份驗證/網絡完整性,與單個密鑰實施方案相比,LoRaWAN提供了更高的安全性。

將IoT設備或所謂的終端節點連接到LoRaWAN網絡有兩種方法。第一個稱為“個性化激活”(ABP)。在這種方法中,網絡會話密鑰和應用會話密鑰已經與唯一的32位設備地址和唯一的24位網絡ID一起存儲在IoT設備中,該ID標識該設備要連接的特定LoRaWAN網絡。

連接LoRaWAN IoT設備的默認方法是通過稱為空中激活(OOTA)的過程進行。通過這種方法,每個物聯網設備將向網絡服務器發送加入請求消息,然后網絡服務器將該消息轉發到服務器(圖2)。

2.加入請求和加入接受消息格式。

該加入請求MAC命令將包含三個數據字段(圖3)。IEEE定義的64位DevEUI(可將其視為LoRa設備的“以太網MAC”地址)唯一標識此特定的LoRaWAN /終端節點。它還將發送一個唯一的AppEUI,以標識此特定終端節點要連接的應用服務器。最終數據是一個隨機的2字節設備令牌。加入服務器將存儲來自每個終端節點的先前加入請求消息中的隨機設備令牌。

3.NwkSKey和AppSKey生成(LoRaWAN 1.02規范)

如果加入服務器從特定終端節點接收到的將來的加入請求,其設備令牌與最近收到的令牌相同,則加入服務器將忽略加入請求。這將防止所謂的“重播攻擊”,在這種情況下,黑客可能會以某種方式從特定的終端節點捕獲“加入請求”無線電消息,并重播(即重新傳輸)同一條消息,目的是使原始終端設備與網絡斷開連接。

只有加入服務器能夠驗證DevEUI和AppEUI的組合,它才會發出唯一的32位設備地址,唯一的24位網絡ID和3字節的應用程序令牌。終端節點將以所謂的“加入響應”命令從網絡服務器接收這些參數。然后,終端節點可以生成自己的安全密鑰。圖3顯示了哪些字段用于生成應用程序會話密鑰(AppSKey)和網絡會話密鑰(NwkSKey)。生成這些密鑰的密鑰字段之一是AppKey。這是唯一的128位固定值,對于每個端節點都是唯一的。

設計考慮到安全性,LoRa部署是物聯網解決方案的命脈。現在,讓我們看一下基于LoRa的IoT應用程序的一些常見示例。

全球供應鏈跟蹤

車隊,例如卡車,汽車,輪船和飛機,是許多具有全球市場的企業的骨干。通過利用物聯網車隊跟蹤,企業可以獲得必要的數據,以制定明智的成本節約決策。嵌入式傳感器可以通過路線規劃,地理車輛跟蹤以及為計劃性維修和減少停機時間提供預測性維護更新來協助有效的燃油管理。整個車隊可以在不到一天的時間內配備嵌入式傳感器,并且維護工作量最小,因為其低功耗使傳感器電池可以使用長達20年。

嵌入式傳感器還可用于監控這些車隊在全球供應鏈中運送的貨物。貨運公司可以監視并自動調整冷藏室的環境條件,從而降低嚴重溫度波動的風險。遠距離運輸敏感的易腐食品(例如食物)時需要的功能。此外,傳感器可以定期中繼有關裝運地點的地理數據,從而為用戶提供監視物品并確保其到達預定目的地。

智慧農業

地球上只有3%的水是可利用的淡水,其中70%由農業消耗。物聯網解決方案對于為農民提供他們需要的信息以決定如何有效利用他們可支配的資源至關重要。通過使用基于LoRa的智能灌溉,農民能夠減少因過度灌溉或枯竭導致農作物死亡的風險。

灌溉區配備了遠程傳感器平臺和不同深度的土壤濕度傳感器。傳感器站點的LoRa收發器會定期向LoRa網關發送消息包,其中包含有關土壤濕度水平的數據。該網關可在六英里半徑內支持多達1000個傳感器部署。然后,通過專用或基于云的服務器分析土壤數據,將其發送給最終用戶,最終用戶可以配置該應用程序以在干旱地區進行手動或自動灌溉。通過將傳感器與灌溉系統集成在一起,農民可以節省多達30%的用水量,同時保持最佳的農作物產量,這使LoRa技術成為農業行業的理想物聯網解決方案。

智能家居

作為房主,有很多事情要注意。用水,照明和溫度等。在互聯時代,物聯網解決方案可以簡化公用事業的管理,無論所有者在其網絡中的何處,都可以輕松訪問它們。支持LoRa的智能家居應用可擴展到恒溫器,灑水裝置,門,鎖和電源插座。與智能冰箱類似,基于LoRa的恒溫器能夠監控家庭溫度并全天根據需要進行調整。智能灌溉應用程序可以監控噴淋頭何時啟用。這些應用程序都可以通過移動設備輕松訪問,從而使房主和物業管理者能夠控制多種公用事業并節省能源。

此外,智能家居物聯網解決方案還可以幫助保護房屋和建筑物免受水分的損害。霉菌是困擾許多房主的一個問題,但是要使霉菌生長,必須存在理想的條件。水分和濕度是霉菌生長的關鍵因素,兩者均可使用基于LoRa的嵌入式傳感器進行監控。與其他智能家居公用事業類似,除濕機可以通過LoRa網絡激活。此外,低成本和低功率傳感器可以安裝在易漏水區域,例如水槽下,管道和窗戶附近。通過確定整個房屋的濕度和溫度水平,房主可以在發生泄漏時立即得到通知,并根據需要進行修復以防止霉菌生長。

未來

隨著世界擁抱互聯時代,必將開發更多物聯網應用程序來應對新挑戰。 LoRa技術將繼續為物聯網解決方案提供關鍵支持,從而為最終用戶提供遠程,低功耗網絡。作為物聯網的基因,LoRa技術擁有光明的未來,可以為不同行業提供加入物聯網所需的工具。

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