工業(yè)4.0：LoRaWAN技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用程序

2022-09-29 10:29:54| 來源：聚英電子| 次| 0次

　　隨著工業(yè) 4.0 的發(fā)展，人們對(duì) 基于無(wú)線電的傳感器興趣也在增加。 LoRaWAN (遠(yuǎn)程廣域網(wǎng))是一種在這種背景下越來越流行的技術(shù)，正在引起工業(yè)公司的關(guān)注。了解 LoRaWAN 技術(shù)提供的優(yōu)勢(shì)以及它是否可以使您的應(yīng)用程序受益。

　　1. 射程遠(yuǎn)、能耗低

　　LoRaWAN 是一種所謂的 LPWAN 無(wú)線電技術(shù) (低功耗廣域網(wǎng))。與傳統(tǒng)的 WLAN 相比，這種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以在不消耗大量能量的情況下實(shí)現(xiàn) 較長(zhǎng)的傳輸范圍 (高達(dá) 15 公里)。每當(dāng)必須從廣泛分散的測(cè)量點(diǎn)獲取傳感器數(shù)據(jù)時(shí)，LoRaWAN 都是理想的解決方案。點(diǎn)可以包括分布在城市地區(qū)的廢物容器或在大型工作場(chǎng)所流通的帶有原材料和輔助材料的容器。由于能量要求低，基于 LoRaWAN 的無(wú)線電傳感器無(wú)需更換電池即可運(yùn)行數(shù)年。這可以節(jié)省時(shí)間和金錢。

　　2. 高性價(jià)比的數(shù)據(jù)傳輸

　　除了低能耗之外，另一個(gè)幫助工業(yè)公司保持運(yùn)營(yíng)成本(OPEX)盡可能低的因素：由于 LoRa 在免許可頻率范圍內(nèi)工作，因此可以建立不產(chǎn)生額外成本的私有公司網(wǎng)絡(luò)用于發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)?；蛘?，也可以以具有成本效益的方式訪問公共 LoRa 網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)由荷蘭、韓國(guó)和瑞士等國(guó)家的電信公司在全國(guó)范圍內(nèi)提供。

　　3.穿墻

　　任何嘗試過在家中的每一層都設(shè)置無(wú)線局域網(wǎng)但未成功的人都知道問題所在：混凝土和鋼材很快就成為無(wú)線電傳輸看似不可逾越的障礙。在工業(yè)應(yīng)用中，由于對(duì)數(shù)據(jù)的可用性和完整性的高要求，這個(gè)問題更加嚴(yán)重。LoRaWAN 在亞千兆赫范圍內(nèi)傳輸，這意味著來自 LoRa 傳感器的無(wú)線電信號(hào) 可以成功地穿過幾堵混凝土墻。這使得該技術(shù)適用于室內(nèi)和室外使用例如，在公司大樓內(nèi)的網(wǎng)關(guān)可以接收來自分布在公司場(chǎng)所的傳感器的信號(hào)的情況下。LoRa 傳感器還可以從地窖和其他地下區(qū)域廣播。

　　4. 易于擴(kuò)展的無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)

　　一旦建立了公司自有的 LoRaWAN ，如有必要，可以快速擴(kuò)展星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。無(wú)需昂貴且耗時(shí)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃來添加更多網(wǎng)關(guān)——它們只需適合現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。作為一個(gè)額外的好處，更多的網(wǎng)關(guān)可以連接更多的傳感器并更快地傳輸傳感器數(shù)據(jù)。這可以延長(zhǎng)電池供電的無(wú)線電傳感器的使用壽命。

　　5、安全傳輸

　　工業(yè)環(huán)境中對(duì) 安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?明顯高于其他領(lǐng)域。借助 LoRaWAN 技術(shù)，數(shù)據(jù)在從傳感器傳輸?shù)绞褂?AES128 標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)軟件應(yīng)用程序時(shí)被加密。有了這種端到端加密，這種 LPWAN 技術(shù)是工業(yè)公司無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的好選擇。

　　LoRaWAN 安全

　　安全性是任何大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署的首要問題，對(duì)于任何 LPWAN 來說都極為重要。

　　LoRaWAN? 利用兩層安全性：一層用于網(wǎng)絡(luò)，一層用于應(yīng)用程序。網(wǎng)絡(luò)安全確保網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的真實(shí)性，而應(yīng)用安全層確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商無(wú)法訪問最終用戶的應(yīng)用數(shù)據(jù)。

　　因此，LoRaWAN 規(guī)范定義了兩層加密：

　　終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間共享的唯一 128 位網(wǎng)絡(luò)會(huì)話密鑰

　　在應(yīng)用程序級(jí)別端到端共享的唯一 128 位應(yīng)用程序會(huì)話密鑰 (AppSKey)

　　LoRaWAN 上的數(shù)據(jù)經(jīng)過兩次加密;傳感器數(shù)據(jù)由節(jié)點(diǎn)加密，然后通過LoRaWAN協(xié)議再次加密;只有這樣它才會(huì)被發(fā)送到 LoRa 網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)通過普通 IP 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

　　網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器擁有網(wǎng)絡(luò)會(huì)話密鑰(NwkSkey)，并解密 LoRaWAN 數(shù)據(jù)。然后，它將數(shù)據(jù)傳遞給應(yīng)用程序服務(wù)器，應(yīng)用程序服務(wù)器使用應(yīng)用程序會(huì)話密鑰 (AppSKey) 解密傳感器數(shù)據(jù)。

　　這一點(diǎn)很重要，因?yàn)?LoRa 網(wǎng)關(guān)在開放頻率上運(yùn)行，因此可以從附近的任何傳感器接收數(shù)據(jù)。因此，LoRa 網(wǎng)關(guān)不能解密傳感器數(shù)據(jù)變得很重要。

　　需要注意的是，添加加密的是 LoRaWAN 通信協(xié)議。LoRa 傳輸本身是簡(jiǎn)單的無(wú)線電波傳輸，無(wú)法加密。

　　LoRaWAN? 設(shè)備有兩種加入網(wǎng)絡(luò)的方式。第一個(gè)是OTAA，即空中激活。設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)交換一個(gè) 128 位的 AppKey。當(dāng)設(shè)備發(fā)送加入請(qǐng)求時(shí)，AppKey 用于創(chuàng)建消息完整性代碼(MIC)，然后服務(wù)器使用 AppKey 檢查 MIC。如果檢查有效，服務(wù)器會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)新的 128 位密鑰，即應(yīng)用會(huì)話密鑰 ( AppSkey ) 和網(wǎng)絡(luò)會(huì)話密鑰 ( NwkSkey )。這些密鑰使用 AppKey 作為加密密鑰發(fā)送回設(shè)備。收到密鑰后，設(shè)備會(huì)解密并安裝兩個(gè)會(huì)話密鑰。