深入了解 LoRaWAN 技术

2022-04-20

深入了解 LoRaWAN 技术

LoRaWAN 是 LoRa 联盟开发的遠(yuǎn)程广域网络协议，可(kě)将“事物(wù)”无線(xiàn)连接到區(qū)域、國(guó)家或全球网络中的互联网。该技术可(kě)满足关键的物(wù)联网 (IoT) 要求，例如双向通信、端到端安全性、移动性和本地化服務(wù)。 它使用(yòng) ISM 频段中的未授权频谱定义了网络的通信协议和系统架构，而 LoRa 物(wù)理(lǐ)层则在连接到网络的遠(yuǎn)程传感器、信标和网关之间建立遠(yuǎn)程通信链路。该协议有(yǒu)助于利用(yòng)任何位置的硬件和软件快速建立公共或私有(yǒu)物(wù)联网网络。 使用(yòng) LoRaWAN，终端设备可(kě)以通过两种方式连接到网络：

无線(xiàn)激活 (OTAA)：要连接到网络，设备必须首先建立网络密钥和应用(yòng)程序会话密钥。

个性化激活 (ABP)：用(yòng)于与网络通信的设备密钥是硬编码的，从而导致不太安全但更简单的连接。

LoRaWAN 有(yǒu)多(duō)安全？

LoRaWAN 有(yǒu)一个用(yòng)于网络的安全层和一个用(yòng)于应用(yòng)程序的安全层。应用(yòng)层安全保证网络运营商(shāng)无权访问最终用(yòng)户的应用(yòng)数据，而网络安全保证网络中的每个节点都是合法的。因此，LoRaWAN 标准提供了两个加密层：

终端设备和网络服務(wù)器交换一个 128 位的网络会话密钥。

在应用(yòng)程序级别，一个唯一的 128 位应用(yòng)程序会话密钥 (AppSKey) 是端到端共享的。

数据由节点加密，然后通过 LoRaWAN 协议再次加密，然后传输到 LoRa 网关。网关通过标准 IP 网络将数据传输到网络服務(wù)器。网络服務(wù)器使用(yòng)网络会话密钥 (NwkSkey) 解密 LoRaWAN 数据。然后它将数据发送到应用(yòng)程序服務(wù)器，应用(yòng)程序服務(wù)器使用(yòng)应用(yòng)程序会话密钥来解密数据（AppSKey）。

然后将加密添加到 LoRaWAN 通信协议中。然而，LoRa 传输是基本的无線(xiàn)電(diàn)波通信，无法自行加密。如果 LoRaWAN 设备通过无線(xiàn)激活或 OTAA 连接到网络，则设备和网络之间会交换一个 128 位的 AppKey。AppKey 用(yòng)于在设备发送加入请求时构造消息完整性代码（MIC），然后服務(wù)器将 MIC 与 AppKey 进行比较。

如果检查成功，服務(wù)器会生成两个新(xīn)的 128 位密钥：应用(yòng)会话密钥（AppSkey）和网络会话密钥（NetSkey）（NwkSkey）。AppKey 用(yòng)作将这些密钥发送回设备的加密密钥。设备在收到密钥后解密并安装两个会话密钥。 

LoRaWAN 技术的优势

LoRaWAN 技术有(yǒu)很(hěn)多(duō)优点。让我们来看看：

它具有(yǒu)以千米為(wèi)单位的大覆盖區(qū)域。

在免费频率上运行，无需预付费用(yòng)。

G adgets 的電(diàn)池寿命很(hěn)長(cháng)，设备電(diàn)池可(kě)以使用(yòng) 2-5 年。

采用(yòng)开放式方法的非专有(yǒu)合作伙伴关系。

扩展范围允许智能(néng)城市应用(yòng)，但低带宽使其非常适合具有(yǒu)有(yǒu)限数据和/或可(kě)变数据传输的实际物(wù)联网安装。

C更昂贵的连接成本，是无線(xiàn)的，并且易于设置和部署。

凭借 AES 加密、完全双向通信以及 CISCO、IBM 和其他(tā) 500 家 LoRa 联盟成员公司的支持，它為(wèi)网络和应用(yòng)程序提供了一层安全性。

除了特定行业的实施外，LoRaWAN 还可(kě)以在高成本 5G 替代方案过于昂贵的新(xīn)兴國(guó)家实现物(wù)联网。该技术由于其灵活、相对简单的设计和最小(xiǎo)的网络硬件要求，大大降低了部署成本，同时其低能(néng)耗进一步节省了运行支出。LoRaWAN 旨在将设备无線(xiàn)连接到互联网，是物(wù)联网传感器、跟踪器和信标的理(lǐ)想选择，这些传感器、跟踪器和信标具有(yǒu)适度的数据流量要求和有(yǒu)限的電(diàn)池寿命。该协议的固有(yǒu)属性使其成為(wèi)广泛应用(yòng)的绝佳候选者。

LoRaWAN 技术的局限性

尽管上面列出了这项技术的许多(duō)巨大优势，但仍然存在许多(duō)局限性。让我们看看一些可(kě)能(néng)性：

需要减少延迟（通常以毫秒(miǎo)為(wèi)单位）和定义抖动的大数据有(yǒu)效负载、持续监控和硬实时应用(yòng)程序与此技术不兼容。

随着网关在大都市地區(qū)的部署，LPWAN 技术（尤其是 LoRaWAN）的发展带来了共存问题。开放频率具有(yǒu)易受干扰和数据速率差的缺点。

对 LoRaWAN 的正当利益

LoRaWAN 技术是物(wù)联网领域的一个新(xīn)流行词。随着物(wù)联网不断扩展并变得越来越流行，我们了解任何新(xīn)技术的安全性、优势和劣势非常重要。LoRaWAN 在高成本 5G 过于昂贵的情况下启用(yòng)物(wù)联网的能(néng)力，以及降低总體(tǐ)部署成本的能(néng)力，无疑使其成為(wèi)一项卓越的技术。但是，必须针对您的特定用(yòng)例仔细权衡其其他(tā)优点和限制。