工业4.0：LoRaWAN技术的优势与应用程序

　　随着工业 4.0 的发展，人们对 基于无线电的传感器 兴趣也在增加。 LoRaWAN (远程广域网)是一种在这种背景下越来越流行的技术，正在引起工业公司的关注。了解 LoRaWAN 技术提供的优势以及它是否可以使您的应用程序受益。

　　1. 射程远、能耗低

　　LoRaWAN 是一种所谓的 LPWAN 无线电技术 (低功耗广域网)。与传统的 WLAN 相比，这种无线网络可以在不消耗大量能量的情况下实现 较长的传输范围 (高达 15 公里)。每当必须从 广泛分散的测量点获取传感器数据时，LoRaWAN 都是理想的解决方案。点可以包括分布在城市地区的废物容器或在大型工作场所流通的带有原材料和辅助材料的容器。由于 能量要求低，基于 LoRaWAN 的无线电传感器无需更换电池即可运行数年。这可以节省时间和金钱。

　　2. 高性价比的数据传输

　　除了低能耗之外，另一个帮助工业公司保持运营成本(OPEX)尽可能低的因素：由于 LoRa 在 免许可频率范围内工作，因此可以建立 不产生额外成本的私有公司网络用于发送传感器数据。或者，也可以以具有成本效益的方式访问公共 LoRa 网络，这些网络已经由荷兰、韩国和瑞士等国家的电信公司在全国范围内提供。

　　3.穿墙

　　任何尝试过在家中的每一层都设置无线局域网但未成功的人都知道问题所在：混凝土和钢材很快就成为无线电传输看似不可逾越的障碍。在工业应用中，由于对数据的可用性和完整性的高要求，这个问题更加严重 。LoRaWAN 在 亚千兆赫范围内传输，这意味着来自 LoRa 传感器的无线电信号 可以成功地穿过几堵混凝土墙。这使得该技术适用于 室内和室外使用例如，在公司大楼内的网关可以接收来自分布在公司场所的传感器的信号的情况下。LoRa 传感器还可以从地窖和其他地下区域广播。

　　4. 易于扩展的无线电网络

　　一旦建立了 公司自有的 LoRaWAN ，如有必要，可以快速扩展星形网络结构。无需昂贵且耗时的网络规划来添加更多网关——它们只需适合现有的网络结构。作为一个额外的好处，更多的网关可以连接更多的传感器并更快地传输传感器数据。这可以延长电池供电的无线电传感器的使用寿命。

　　5、安全传输

　　工业环境中对 安全数据传输的要求 明显高于其他领域。借助 LoRaWAN 技术，数据在从传感器传输到使用 AES128 标准的互联网软件应用程序时被加密。有了这种端到端加密，这种 LPWAN 技术是工业公司无线传输数据的好选择。

　　LoRaWAN 安全

　　安全性是任何大规模物联网部署的首要问题，对于任何 LPWAN 来说都极为重要。

　　LoRaWAN™ 利用两层安全性：一层用于网络，一层用于应用程序。网络安全确保网络中节点的真实性，而应用安全层确保网络运营商无法访问最终用户的应用数据。

　　因此，LoRaWAN 规范定义了两层加密：

　　终端设备和网络服务器之间共享的唯一 128 位网络会话密钥

　　在应用程序级别端到端共享的唯一 128 位应用程序会话密钥 (AppSKey)

　　LoRaWAN 上的数据经过两次加密;传感器数据由节点加密，然后通过LoRaWAN协议再次加密;只有这样它才会被发送到 LoRa 网关。网关通过普通 IP 网络将数据发送到网络服务器。

　　网络服务器拥有网络会话密钥(NwkSkey)，并解密 LoRaWAN 数据。然后，它将数据传递给应用程序服务器，应用程序服务器使用应用程序会话密钥 (AppSKey) 解密传感器数据。

　　这一点很重要，因为 LoRa 网关在开放频率上运行，因此可以从附近的任何传感器接收数据。因此，LoRa 网关不能解密传感器数据变得很重要。

　　需要注意的是，添加加密的是 LoRaWAN 通信协议。LoRa 传输本身是简单的无线电波传输，无法加密。

　　LoRaWAN™ 设备有两种加入网络的方式。第一个是OTAA，即空中激活。设备和网络交换一个 128 位的 AppKey。当设备发送加入请求时，AppKey 用于创建消息完整性代码(MIC)，然后服务器使用 AppKey 检查 MIC。如果检查有效，服务器会创建两个新的 128 位密钥，即应用会话密钥 ( AppSkey ) 和网络会话密钥 ( NwkSkey )。这些密钥使用 AppKey 作为加密密钥发送回设备。收到密钥后，设备会解密并安装两个会话密钥。

　　NwkSkey用于保证从设备到 LoRa 网络服务器的消息完整性。AppSkey用于从设备到应用服务器的端到端 AES-128 加密。

　　网络加入的第二种方法是ABP，即个性化激活。在这种情况下，设备会话密钥是由用户插入的，因此可能存在安全问题。

　　使用免许可频率的 LoRa 的监管注意事项

　　LoRa 设备在开放频率范围内传输，无需政府许可即可传输。即 LoRa 在免许可频段运行，无需政府或州的许可即可在这些频率上传输。