水、電気およびガスのLoRaWANそして適用の技術的な原則

事のインターネットの漸進的な開発によって、事のインターネットの多くの適用に配置の広い範囲を要求する、あったりまたは深刻な保護によって遠隔、地階、地下および他の場所にある遅れのための小さいデータ パケットそして高度耐性が。それは既存の無線コミュニケーションまたは移動体通信の技術のために容易信号を送信するためにではない。上記の状態に応じて開発される長距離および低い電力の消費とのコミュニケーション技術は一まとめに低い電力を広域ネットワーク（LPWAN）と呼ばれる。

LPWANに関係の低い電力の消費の、長距離および極度の大きい数の利点がある、従ってそれは大規模な配置および少しのデータ伝送を要求する適用のために適している。この特徴は周波数帯域に従って2つのキャンプに理性的なエネルギー メートル情報acquisition.LPWANのアプリケ−ション使用要件に非常に一貫している分かれることができる使用した:承認された周波数帯域および非承認された周波数帯域。非承認された周波数帯域LPWANの技術の開発はより早く、主要な技術はLoRaWANである。

LoRaWANへの紹介

LoRaWANは一組のLoRaの長距離の通信網のために設計されている通信プロトコルおよびシステム構築である。それはデータはLoRaWANネットワークでいかに送信されるか（ここのネットワークはノード、出入口およびサーバーを示す）定義し、メッセージ、データ・フレームの構造および保証暗号化の方法のタイプを定義し、ネットワーク・アクセスの特定の操作をもたらし、そしてマスターと奴隷コンピュータの違いを説明する。

LoRaWANは十分に議定書およびネットワーク・アーキテクチャの設計のノード パワー消費量、ネットワーク キャパシティ、保証およびネットワークの塗布の多様性のような複数の要因を考慮する。

LoRaWANのネットワーク・アーキテクチャ

次はLoRaのネットワーク・アーキテクチャである:

LoRaWANのネットワーク・アーキテクチャは4部を含んでいる:ターミナル、出入口、ネットワーク サーバおよびアプリケ−ション サーバ。星および細胞ネットワーク・トポロジは出入口とターミナルの間で使用される。LoRaの長距離の特徴が原因で、単一のホップ伝達はそのの間で使用することができる。端末ノードは多数の出入口に同時に送ることができる。先の出入口はLoRaの無線周波数によってNSとターミナル間のLoRaWANの議定書データ、ターミナルと出入口間のLoRaWANデータを送信し、TCP/IPの議定書によって出入口とネットワーク サーバ間のLoRaWANデータを送信する。

LoRaWANの議定書の概観

端末ノードの1つの、の分類

技術仕様の点では、LoRaWANの伝送速度は30bit/s-50kbit/sについてある、伝送距離は都会の約2-5kmおよび郊外地区の15kmまでである。それは両方向伝送を支える。転送方式はベースライン（A）のに末端装置が要求を、低い電力の消費と送り、水道メーターおよびガス メートルで使用されるときしか連続的クラス標識（クラスB）および分けることができる（遅れの条件およびパワー消費量に従うクラスC）は、クラス モード送信しないことができる;クラスCは最も短い伝達遅れを用いるデータの連続的な伝送である。クラスCは電気のメートルで一般に使用される。

端末ノードの2つの、のアップリンクそして下り回線伝達

これはクラスA.のアップリンクそして下り回線の現在シーケンス線図である、のRX1はアップリンクの後で窓を一般に始める1第2を受け取り、2秒のRX2は窓の開始をアップリンクの後の受け取る。

クラスCおよびAは基本的に同じである、但し例外としてはクラスAが眠るとき、受け取る窓RX2を開ける。

端末ノードの3つの、のネットワーキング

末端のネットワーク・アクセスのための2つのスクリーニング モードがある:空気活発化（OTAA）および個人専有化（ABP）による活発化に。

LoRaWAN商業ネットワークは一般に保証が保証することができるように、OTAAの活発化プロセスに続く。このように、DevEUI、AppEUIおよびAppKey変数は準備される必要がある。

DevEUIは独特な末端装置を識別するIEEE EUI64と同じようなグローバルに固有のIDである。それは装置のMACアドレスと同等である。

AppEUIは独特なアプリケーション・プロバイダを識別するIEEE EUI64と同じようなグローバルに固有のIDである

AppKeyは適用所有者によってターミナルに割り当てられる。それはネットワーク サーバで形成される必要があり、対応するターミナルで燃えた。

末端の入会者の後でプロセス、それを出すネットワーキング命令を結合しなさい。NS間違いがないことを（ネットワーク サーバ）は確認した後、ターミナルへのネットワーキングの応答をし、ネットワーク・アドレスDevAddr （32ビットID）を割り当てる。党は両方ともネットワーキングの応答で関連情報を使用し、data.NwkSKeyを暗号化し、確認するのにAppKeyは発生させる使用されているセッションキーNwkSKeyおよびAppSKeyのネットワーク サーバとターミナル間のコミュニケーションのためのネットワーク サーバで貯えられる;AppSKeyはネットワーク サーバとのコミュニケーションのためのアプリケ−ション サーバで救われる。

第2選別法、ABPの活発化が、使用されれば、3つの最終的なLoRaWANの通信パラメータDevAddr、NwkSKeyは、AppSKeyは直接形成され、プロセスをもはや要求される結合しない。この場合、装置はアプリケーション データを直接送ることができる。対面証明の欠乏が原因で、違法ターミナルはネットワークにアクセスするか、または擬似基地局によって引き起こされるかもしれない。従って、一般に、商業プロジェクトはOTAAの活発化プロセスを使用する。

受け取り、送る4、データ

ネットワークにアクセスした後、アプリケーション データはAES128ビット暗号化アルゴリズムを使用して暗号化される。次の図はコミュニケーション プロセスで各部分のセキュリティー機構を示す:

ネットワーク サーバおよび端末ノードはcorrectness.MICが証明がフレームの計算（再送信の攻撃を防ぐため）およびNwkSKeyを含むAES-CMACのアルゴリズムを、（弄る包みを防ぐため）使用し、ユーザのデータを暗号化するのにAppSKeyの暗号化を使用することを保障するのにMICの証明を使用する（次図に示すように）

LoRaWANは2つのタイプのデータ・フレームを指定する:確認されるまたは、応答および応答を要求しないタイプを要求するすなわち未確認、タイプ。製造業者は適用必要性に従って適切なタイプを選ぶことができる。

さらに、私達は導入から始めにLoRaWANの設計の主要な考察のがサポート アプリケーションの多様性にあることを見ることができる。適用を分けるのにAppEUIの伝達の間にデータを別に処理するのに使用に加えてまたFPortの適用港が使用することができる。適用業務層指定されるFPortの価値範囲は（1~223）ある。

5つの、ADRのメカニズム

LoRa調節にスペクトラム拡散の要因があり、異なったスペクトラム拡散の要因に別の伝送距離および伝送速度があり、データ伝送に影響を与えない。

LoRaWANネットワークの容量を拡大するため、LoRaの適応性があるデータ転送速度- ADRのメカニズムは議定書で設計されている。異なった伝送距離の装置は伝達状態に従って可能ように最も速いデータ転送速度を使用する。これはまた全面的なデータ伝送をより有効にさせる。

LORAWANは特色になる

LoRaWANは無線伝達、強いanti-interference能力、暗号化されたコミュニケーション、広い適用範囲、低い電力の消費、大きい関係および安価によって特徴付けられる。

長距離:スペクトラム拡散調節および先にエラー修正 コード、LoRaの利益のおかげで細胞技術のコミュニケーション間隔について二度達成する。

大容量:事のインターネットに多くのノードがある。LoRaWANネットワークは容易に数万のノードを接続できる。

容易な容量の拡張:LoRaWANネットワークが容量を高める必要があるとき出入口を加えることができる。

保証:LoRaWANはThings.Itの二重暗号化されたインターネット水および電気のメートルの情報適用のために適しているである。

出入口およびモジュールの技術的な表示器

1つの、の出入口

理性的な出入口G200 （屋内）

理性的な出入口G500 （屋外）

2. LoRaWanモジュール

測定されたデータ

1つの、の引きの間隔テスト

テスト サイトからの3.7KMの直線的間隔で、信号強度は- 94は、ノイズ比率へのシグナルある- 6.0であり、内部アンテナおよび外部アンテナのデータ パケットは正常である。

建物の貫入試験の2、

出入口はコミュニティで4つを造ることの第15床で表面の井戸に取付けられている

上でテーブルのデータでは、信号強度は- 100dbm （モジュールの受け入れの感受性の限界よりずっともっとの- 139dbm）よりもっとある、およびSN比は-対面信頼できるコミュニケーションを達成できる10よりもっとある。従って、出入口が第15床に置かれれば、第32床の全建物の信号の適用範囲を達成することができる。

3、データ アップロードの成功率テスト

上記のテスト データから、私達は平均成功率と99%以上の120のテーブルが3分以内のデータをアップロードできることを見ることができる。

4つの、の結論

（1）都市の作り付けのアンテナの使用は2-3kmの内の正常なコミュニケーションを保障外的な指向性アンテナの使用は長距離を達成できる。

（2）信号は10-15の床を突き通すことができる。

（3） 1つの8チャンネルの半二重出入口は3分以内の信頼できるデータ伝送を完了するために120メートルを保障できる。16のチャネルの半二重出入口が使用されれば、200メートル以上のデータは確実に送信することができる。

7つの、の塗布の場合

この場合はオフィス ビル、住宅、スポーツ会場および店のような一連の下部組織を集めるタキマンニスタンの大きい公園である。それは広い約2.3kmおよび長い4.3kmである。

赤い点は出入口の位置を示す

これは事装置の次のインターネットを使用する大きい公園である、:

同様に上記のデータから見ることができる公園はだけでなく、多くのタイプのIoT装置、また大きい数を使用する。LoRaWanの技術によって、周波数帯域はそれのために864-865MHzカスタマイズしたである。55のスマートな出入口がG200 （屋内）および55のスマートな出入口G500は（屋外）すべての装置のアクセスのネットワーキングを完了するのに使用されている。同時に、1つのネットワーク サーバはすべての装置によって送信されるデータを受け取り、有効な処理を行うことができる。

場合で使用される総合システムの建築は次の図で示されている:

すべての装置およびサービスはすべての装置によって送信されるデータの保証そしてプライバシーを保障できる統合された方法の顧客のキャンパスでこの場合局部的に配置される。

顧客が必要とすれば、また雲のネットワーク サーバ、アクセスのプラットホームまたは適用プラットホームを配置するか、またはアクセスのプラットホームによってつなぐことによってデータを得、処理するのに直接既存のアプリケーションのプラットホームを使用してもいい。

適用プラットホームは異なった装置に必要なさまざまなサービスを異なった装置によって集められるデータに従って顧客によって提供できる: