El Internet de los objetos (IoT) se considera la tercera ola de desarrollo de la industria mundial de la información después de los ordenadores e Internet, y también se denomina la cuarta revolución tecnológica [1]. En la actualidad, la mayor parte del Internet de los objetos sigue dependiendo de Internet y de Internet móvil, y la falta de protocolos de red específicos para el Internet de los objetos ha restringido en cierta medida la popularización a gran escala del Internet de los objetos. Como resultado, surgió la red de área extensa de baja potencia (LPWAN). En comparación con la tecnología de comunicación IoT tradicional, la tecnología LPWAN tiene ventajas técnicas como una amplia cobertura, larga distancia, conexiones masivas, bajo consumo de energía y bajo coste, y se ha convertido en un nuevo punto caliente en la investigación actual y el desarrollo de aplicaciones en el campo de IoT [2]. Entre las numerosas tecnologías LPWAN, las más competitivas son LoRa y NB-IoT [3~5]. Entre ellas, la tecnología LoRa es un desarrollo temprano entre las tecnologías LPWAN, la tecnología es relativamente madura, y tiene una cadena industrial completa.
LoRaWAN define el protocolo de comunicación y la arquitectura del sistema, mientras que LoRa define la capa física.
Esta es la arquitectura de sistema típica del nodo LoRaWAN.
Arquitectura de red LoRa
La mayoría de las tecnologías IoT LAN modernas utilizan una arquitectura de red de malla. Al utilizar una red de malla, el sistema puede aumentar el alcance de la comunicación y el tamaño de la célula de la red. Sin embargo, los nodos de una red de malla también tienen la responsabilidad adicional de reenviar mensajes a otros nodos (a menudo no relacionados con ellos). Esto puede afectar gravemente a la duración de la batería del dispositivo.
LoRaWAN utiliza una topología en estrella porque mejora la duración de la batería cuando se utilizan conexiones remotas.
La red LoRa consta de varios elementos.
Nodos/puntos finales LoRa: Los puntos finales LoRa son sensores o aplicaciones que realizan tareas de detección y control. Estos nodos suelen estar situados en lugares remotos. Ejemplos: sensores, dispositivos de seguimiento, etc.
Pasarela LoRa: A diferencia de las comunicaciones celulares, en las que los dispositivos móviles están asociados a estaciones base de servicio, los nodos LoRaWAN dentro de los nodos LoRaWAN están asociados a pasarelas específicas. En su lugar, cualquier dato enviado por un nodo se envía a todas las pasarelas, y cada pasarela que recibe la señal la envía a un servidor de red basado en la nube.
Normalmente, las pasarelas y los servidores de red están conectados a través de algún backhaul (celular, Wi-Fi, Ethernet o satélite).
Servidor web: El servidor web tiene toda la inteligencia. Filtra los paquetes duplicados procedentes de diferentes pasarelas, realiza comprobaciones de seguridad y envía ACK a la pasarela. Por último, si el paquete está destinado a un servidor de aplicaciones, el servidor de red envía el paquete al servidor de aplicaciones específico.
Este tipo de red utiliza todas las pasarelas para enviar los mismos paquetes al servidor de red, sin conmutación ni cambio. Esto es útil para aplicaciones de seguimiento de activos en las que éstos se trasladan de un lugar a otro.
Categorías de dispositivos LoRa
Al igual que otras redes, los dispositivos finales pueden tener diferentes funciones basadas en la clase de dispositivo, y los nodos finales de una red LoRaWAN pueden tener diferentes clases de dispositivo.
Cada clase de dispositivo es un compromiso entre la latencia de la comunicación de enlace descendente de la red y la duración de la batería.
Grado A: el mejor para sensores de nivel de batería
● Más eficiente energéticamente y puede tener muchos años de duración de la batería.
● Todos los dispositivos de la red LoRaWAN admiten esta clase de dispositivo.
● El enlace descendente sólo está disponible después de que el sensor transmita algo
Clase B: Equipos terminales que reciben franjas horarias con horario
● Abrir ranuras de recepción adicionales a horas programadas.
● Recibir balizas sincronizadas en el tiempo desde la pasarela.
Clase C: Equipos terminales con ranuras de recepción máximas
● Abrir la ventana de recepción de forma continua
● RX sólo se apaga cuando el dispositivo está transmitiendo.
En octubre de 2016, se produjo en Estados Unidos un ataque de prueba IoT DDoS a gran escala que provocó la "desconexión" de todo Internet en el este de Estados Unidos." En julio de 2017, los organismos nacionales de seguridad pública eliminaron con éxito la primera banda criminal que difundió en línea software de intrusión y crackeo de cámaras domésticas. En comparación con los problemas de seguridad de Internet tradicionales, los problemas de seguridad de Internet de las Cosas no solo causarán pérdidas económicas, fugas de privacidad y otros peligros, sino que también amenazarán directamente la seguridad de la vida.
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