深入了解 LoRaWAN 技術(shù)

2022-04-20

深入了解 LoRaWAN 技術(shù)

LoRaWAN 是 LoRa 聯(lián)盟開(kāi)發(fā)的遠程廣域網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，可將“事物”無(wú)線(xiàn)連接到區域、國家或全球網(wǎng)絡(luò )中的互聯(lián)網(wǎng)。該技術(shù)可滿(mǎn)足關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 要求，例如雙向通信、端到端安全性、移動(dòng)性和本地化服務(wù)。 它使用 ISM 頻段中的未授權頻譜定義了網(wǎng)絡(luò )的通信協(xié)議和系統架構，而 LoRa 物理層則在連接到網(wǎng)絡(luò )的遠程傳感器、信標和網(wǎng)關(guān)之間建立遠程通信鏈路。該協(xié)議有助于利用任何位置的硬件和軟件快速建立公共或私有物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )。 使用 LoRaWAN，終端設備可以通過(guò)兩種方式連接到網(wǎng)絡(luò )：

無(wú)線(xiàn)激活 (OTAA)：要連接到網(wǎng)絡(luò )，設備必須首先建立網(wǎng)絡(luò )密鑰和應用程序會(huì )話(huà)密鑰。

個(gè)性化激活 (ABP)：用于與網(wǎng)絡(luò )通信的設備密鑰是硬編碼的，從而導致不太安全但更簡(jiǎn)單的連接。

LoRaWAN 有多安全？

LoRaWAN 有一個(gè)用于網(wǎng)絡(luò )的安全層和一個(gè)用于應用程序的安全層。應用層安全保證網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商無(wú)權訪(fǎng)問(wèn)最終用戶(hù)的應用數據，而網(wǎng)絡(luò )安全保證網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)節點(diǎn)都是合法的。因此，LoRaWAN 標準提供了兩個(gè)加密層：

終端設備和網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器交換一個(gè) 128 位的網(wǎng)絡(luò )會(huì )話(huà)密鑰。

在應用程序級別，一個(gè)唯一的 128 位應用程序會(huì )話(huà)密鑰 (AppSKey) 是端到端共享的。

數據由節點(diǎn)加密，然后通過(guò) LoRaWAN 協(xié)議再次加密，然后傳輸到 LoRa 網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)通過(guò)標準 IP 網(wǎng)絡(luò )將數據傳輸到網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器使用網(wǎng)絡(luò )會(huì )話(huà)密鑰 (NwkSkey) 解密 LoRaWAN 數據。然后它將數據發(fā)送到應用程序服務(wù)器，應用程序服務(wù)器使用應用程序會(huì )話(huà)密鑰來(lái)解密數據（AppSKey）。

然后將加密添加到 LoRaWAN 通信協(xié)議中。然而，LoRa 傳輸是基本的無(wú)線(xiàn)電波通信，無(wú)法自行加密。如果 LoRaWAN 設備通過(guò)無(wú)線(xiàn)激活或 OTAA 連接到網(wǎng)絡(luò )，則設備和網(wǎng)絡(luò )之間會(huì )交換一個(gè) 128 位的 AppKey。AppKey 用于在設備發(fā)送加入請求時(shí)構造消息完整性代碼（MIC），然后服務(wù)器將 MIC 與 AppKey 進(jìn)行比較。

如果檢查成功，服務(wù)器會(huì )生成兩個(gè)新的 128 位密鑰：應用會(huì )話(huà)密鑰（AppSkey）和網(wǎng)絡(luò )會(huì )話(huà)密鑰（NetSkey）（NwkSkey）。AppKey 用作將這些密鑰發(fā)送回設備的加密密鑰。設備在收到密鑰后解密并安裝兩個(gè)會(huì )話(huà)密鑰。 

LoRaWAN 技術(shù)的優(yōu)勢

LoRaWAN 技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)。讓我們來(lái)看看：

它具有以千米為單位的大覆蓋區域。

在免費頻率上運行，無(wú)需預付費用。

G adgets 的電池壽命很長(cháng)，設備電池可以使用 2-5 年。

采用開(kāi)放式方法的非專(zhuān)有合作伙伴關(guān)系。

擴展范圍允許智能城市應用，但低帶寬使其非常適合具有有限數據和/或可變數據傳輸的實(shí)際物聯(lián)網(wǎng)安裝。

C更昂貴的連接成本，是無(wú)線(xiàn)的，并且易于設置和部署。

憑借 AES 加密、完全雙向通信以及 CISCO、IBM 和其他 500 家 LoRa 聯(lián)盟成員公司的支持，它為網(wǎng)絡(luò )和應用程序提供了一層安全性。

除了特定行業(yè)的實(shí)施外，LoRaWAN 還可以在高成本 5G 替代方案過(guò)于昂貴的新興國家實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)。該技術(shù)由于其靈活、相對簡(jiǎn)單的設計和最小的網(wǎng)絡(luò )硬件要求，大大降低了部署成本，同時(shí)其低能耗進(jìn)一步節省了運行支出。LoRaWAN 旨在將設備無(wú)線(xiàn)連接到互聯(lián)網(wǎng)，是物聯(lián)網(wǎng)傳感器、跟蹤器和信標的理想選擇，這些傳感器、跟蹤器和信標具有適度的數據流量要求和有限的電池壽命。該協(xié)議的固有屬性使其成為廣泛應用的絕佳候選者。

LoRaWAN 技術(shù)的局限性

盡管上面列出了這項技術(shù)的許多巨大優(yōu)勢，但仍然存在許多局限性。讓我們看看一些可能性：

需要減少延遲（通常以毫秒為單位）和定義抖動(dòng)的大數據有效負載、持續監控和硬實(shí)時(shí)應用程序與此技術(shù)不兼容。

隨著(zhù)網(wǎng)關(guān)在大都市地區的部署，LPWAN 技術(shù)（尤其是 LoRaWAN）的發(fā)展帶來(lái)了共存問(wèn)題。開(kāi)放頻率具有易受干擾和數據速率差的缺點(diǎn)。

對 LoRaWAN 的正當利益

LoRaWAN 技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一個(gè)新流行詞。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)不斷擴展并變得越來(lái)越流行，我們了解任何新技術(shù)的安全性、優(yōu)勢和劣勢非常重要。LoRaWAN 在高成本 5G 過(guò)于昂貴的情況下啟用物聯(lián)網(wǎng)的能力，以及降低總體部署成本的能力，無(wú)疑使其成為一項卓越的技術(shù)。但是，必須針對您的特定用例仔細權衡其其他優(yōu)點(diǎn)和限制。