So'nggi bir necha yil ichida nishonlanib kelinayotgan iot (iot) bozorining jadal o'sishi lpwan (energiya tejaydigan uzoq masofali tarmoqlar) ning jadal rivojlanishiga olib keldi

O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI AXBOROT TEXNOLOGIYALARI VA KOMMUNIKATSIYALARINI RIVOJLANTIRISH VAZIRLIGI

MUHAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALARI UNIVERSITETI URGANCH FILIALI

“Kompyuter injiniringi” fakulteti

“Axborot xavfsizligi va ta`lim texnologiyalari” kafedrasi

Mustaqil ish
Mavzu: LoRaWAN standarti.
5330500 – “Axborot xavfsizligi” yo’nalishi


Bajardi: 951-20 Guruh talabasi Karimov Zafarbek

Urganch 2022

Kirish
So'nggi bir necha yil ichida nishonlanib kelinayotgan IOT (IOT) bozorining jadal o'sishi LPWAN (energiya tejaydigan uzoq masofali tarmoqlar) ning jadal rivojlanishiga olib keldi. Bozor talablarini hisobga olgan holda: mavjudlik, energiya samaradorligi, joylashtirish tezligi va narxi, xizmatni optimallashtirish, LoRaWAN texnologiyasi birinchi rollarga chiqdi.
LoRaWAN-bu jismoniy darajada keng polosali Lora modulyatsiyasidan foydalangan holda kam quvvat sarfi bilan tavsiflangan tarmoq protokoli. To'g'ridan-to'g'ri Lora modulyatsiyasi ma'lumotlarni uzatish oralig'ini (ochiq joylarda 15 km gacha, shahar qurilishida 5 km gacha), shahar qurilishida yuqori penetratsion quvvatni (qo'shimcha xarajatlarsiz chuqur podvallarda foydalanish mumkin) ta'minlaydi, signalni shovqinlardan himoya qiladi.
LoRaWAN protokoli-bu xabarlarni uzatish yoki qabul qilishda LoRa apparatidan foydalanish jarayonini belgilaydigan dasturiy ta'minot qatlami. U kam quvvatli qurilmalarga internetga ulangan ilovalar bilan uzoq masofali simsiz aloqa qilish imkonini berish uchun mo'ljallangan.
LoRaWAN texnologiyasining sanoat, "aqlli shaharlar", qishloq xo'jaligida mashhurligi ortib bormoqda, chunki u arzon simsiz ikki tomonlama aloqa protokoli bo'lib, kam quvvat sarfida katta radiusni qamrab oladi (ba'zi qurilmalar 10 yilgacha batareyada ishlaydi).
Shunday qilib, LoRaWAN biznes uchun narsalar Internetining eng dolzarb muammolarini hal qiladi:
katta hududdagi ko'plab qurilmalardan ma'lumotlarni yig'ish;
terminal qurilmalarining ishlash muddati uzaytirildi (kam quvvat sarfi tufayli 10 yilgacha ishlash mumkin);
pul va vaqtni tejash (tarmoq tez ochiladi, miqyosi oson, masofadan turib texnik xizmat ko'rsatish mumkin).
Lora tarmoq arxitekturasi: LoRaWAN tarmog'idagi IOT terminal qurilmasi (sensor, aktuator yoki ikkalasi) lorawan simsiz tarmog'iga LoRa modulyatsiyasi bilan ishlaydigan shlyuzlar orqali ulanadi. Bunday holda, ma'lumotlarni uzatish bir vaqtning o'zida bitta emas, balki joylashgan joyda mavjud bo'lgan barcha tayanch stantsiyalarga o'tadi. Muayyan shlyuzga ulanishning yo'qligi sizga ma'lumot uzatilishini kafolatlash va agar kerak bo'lsa, harakatlanayotgan sensorni boshqarish imkonini beradi. Terminal IOT qurilmasidan uzatiladigan barcha ma'lumotlar 2 darajali kriptografik himoya yordamida uchidan uchigacha shifrlash bilan himoyalangan: 128 bitli tarmoq kaliti va 128 bitli dastur sessiyasi kaliti.
Har bir shlyuz (tayanch stantsiya) LoRaWAN tarmog'ida ro'yxatdan o'tgan va tarmoqqa ulanishning eng mos variantidan (3G, 4G, Wi-Fi, Ethernet, optik tolali yoki radio chiziqli aloqa) foydalanib, olingan ma'lumotlar paketlarini to'g'ridan-to'g'ri tarmoq serveriga (Network Server) yuboradi.
Tarmoq serveri (tarmoq serveri) butun tarmoqni boshqaradi. U shlyuzlardan ma'lumotlarni oladi, takroriy xabarlarni o'chiradi, olingan ma'lumotlarni tegishli dastur serveriga (Application server) yuboradi, ma'lumotlarni uzatish tezligini nazorat qiladi.
Ilova serveri (Application server) olingan ma'lumotlarni qayta ishlaydi va ularni ulangan so'nggi qurilmalarga yo'naltiradi. Olingan ma'lumotlar talqin qilinishi va biznes muammolarini hal qilish uchun ishlatilishi mumkin.
LoRaWAN Lora texnologiyasi tarmoq qatlami standarti Rossiyada foydalanish uchun tasdiqlangan va mintaqaviy tarmoq operatorlari talablariga javob beradi. Rossiya Federatsiyasida ushbu texnologiyadan foydalanishning asosiy istiqbolli yo'nalishlari LoRaWAN datchiklari bo'lgan qurilmalar bilan er usti uskunalari va infratuzilmasini har tomonlama ta'minlash, mashinalararo o'zaro ta'sirning ushbu protokoli asosida mahalliy IoT tarmog'ini tashkil etish, resurslardan foydalanishni nazorat qilish va uskunalarni boshqarishdir. STMicroelectronics LoRa modulyatsiyasini qo'llab-quvvatlaydigan stm32wl seriyali simsiz bitta chipli kontrollerlar qatorini chiqardi.
Yaqinda paydo bo'lgan Lora (Long Range) modulyatsiya usuli jahon bozorida juda muvaffaqiyatli mashhurlikka erishmoqda. LoRa modulyatsiyasi chiziqli chastotali modulyatsiya va to'g'ridan-to'g'ri xatolarni tuzatish bilan keng polosali impulslar orqali spektrni kengaytirishga asoslangan (Chirp Spread Spectrum with Forward Error Correction). Ushbu modulyatsiya texnikasi tufayli LoRa samarali foydalanadi
LoRaWAN (Long Range Wide Area Networks) protokoli uchun standart milliy standart (PNST) "axborot texnologiyalari. "Narsalar interneti". Uzoq masofali va kam quvvatli yuqori quvvatli tarmoqlar uchun almashinuv protokoli". Hujjat lorawan tarmog'ining tarmoq protokoli va tizim arxitekturasini belgilaydi, ular batareyada ishlaydigan mobil va statsionar so'nggi qurilmalar uchun milliy darajada optimallashtirilgan.
LoRaWAN kommunal va transport infratuzilmasini boshqarish, qishloq xo'jaligi, qazib olish va neft-kimyo sanoati va boshqa sohalarda ishlatilishi mumkin. U yuqori energiya samaradorligi, uzoq masofalarga ma'lumotlarni uzatish qobiliyati, ikki tomonlama aloqani saqlab qolish qobiliyati, shuningdek, tarmoqli kengligining moslashuvchan moslashuvi bilan ajralib turadi. 2019 yilda standart Lora Alliance xalqaro ekspertlari tomonidan qo'llab-quvvatlandi va Rossiyaning lor bozori uchun mintaqaviy spetsifikatsiya sifatida foydalanishga tasdiqlandi.
"Lorawanning dominant global texnologiyasini dastlabki milliy standart sifatida tan olish, ishlatilgan uskunalar va texnologiyalarni mahalliy sertifikatlash muhim bo'lgan davlat mijozlari uchun bugungi kunda lpwan sinfidagi narsalar Internet tarmog'ining eng zamonaviy va moslashuvchan protokoliga kirishni ochib beradi. Bundan tashqari, bu jahon va mahalliy standartlarni uyg'unlashtirish yo'lidagi katta qadamdir, bu IOT abonent qurilmalarining xalqaro roumingini osonlashtiradi. "Er-Telekom xolding" ni o'z ichiga olgan Rossiya IOT assotsiatsiyasi, TC 194 bilan birgalikda Lorawanni ichki tartibga solish va chastota cheklovlariga moslashtirish bo'yicha ko'plab ishlarni amalga oshirdi. Ishonchim komilki, standartni tasdiqlash haqiqati LoRaWAN tarmoq va abonent uskunalari uchun Rossiya bozorining rivojlanishiga yuqori sifatli turtki beradi, shuningdek Rossiya federatsiyasi hududida ushbu toifadagi tarmoqlarni qamrab olish zonasining o'sishini tezlashtiradi", dedi vitse-prezident.
Lorawan tarmoq arxitekturasi: LoRaWAN tarmog'ida ishlatiladigan terminal qurilmalarining 3 klassi mavjud: A, B va C. ular bir-biridan ma'lumotlarni qabul qilish va uzatish rejimlari, energiya samaradorligi bilan ajralib turadi.
a) sinf-barcha qurilmalar tomonidan qo'llab-quvvatlanishi kerak bo'lgan asosiy sinf. Ushbu sinfdagi IoT qurilmalari rejalashtirilgan jadval bo'yicha tarmoqqa kirishadi va ma'lumotlar yuborilgandan so'ng darhol tarmoqni tinglash uchun 2 ta qo'shimcha oynaga ega. Ular eng uzoq umr ko'rishadi, lekin qurilmaga xabar yuborish uchun siz tarmoqqa eng yaqin rejalashtirilgan chiqish vaqtini kutishingiz kerak;
b) sinf-a sinfidan farqli o'laroq, rejalashtirilgan tarzda ochiladigan qo'shimcha rejalashtirilgan tarmoq tinglash davrlariga ega. Qurilma tayanch stantsiya bilan maxsus mayoqlar orqali sinxronlashtiriladi, bu sizga qurilmaning aloqa qilish uchun aniq chiqish vaqtini bilish imkonini beradi;
c) sinf C-ushbu sinfning terminal IoT qurilmalari ma'lumotlar uzatish davridan tashqari har doim tarmoqni tinglashadi. Ular energiyani tejashga hojat bo'lmagan hollarda qo'llaniladi, ammo siz qurilmani rejalashtirilmagan vaqtda so'roq qilishingiz kerak.
Texnologiyaning kuchli va zaif tomonlari: Boshqa har qanday texnologiya singari, LoRaWAN ham ma'lum bir vazifa uchun foydalanish imkoniyatini belgilaydigan ijobiy va salbiy tomonlariga ega. LoRaWAN texnologiyasining kuchli tomonlariga quyidagilar kiradi:

• 
  boshqa simsiz texnologiyalar bilan taqqoslaganda ma'lumotlarni uzatishning yuqori diapazoni;
  
• 
  shahar qurilishida yuqori penetratsion qobiliyat;
  
• 
  tarmoqni joylashtirish tezligi va qulayligi;
  
• 
  Yulduz topologiyasi sizga katta radiusni bitta tayanch stantsiya (shlyuz) bilan qo'shimcha uskunalardan foydalanmasdan tezda qoplash imkonini beradi;
  
• 
  uzoq batareya muddati. Amaldagi qurilma sinfiga va tarmoqqa kirishning belgilangan parametrlariga qarab, batareyaning ishlash muddati 10 yilgacha bo'lishi mumkin;
  
• 
  kattalashtirish oson;
  
• 
  past oqim tizimlariga nisbatan tayanch stantsiyalar va oxirgi qurilmalarning arzonligi.
  

Boshqa har qanday tizim singari, LoRaWAN ham kamchiliklarga ega:

• 
  Terminal qurilmalaridan dasturga ma'lumotlarni uzatish kechikishi;
  
• 
  Bir necha soniyadan bir necha o'n soniyagacha;
  
• 
  Kam tarmoqli kengligi: bir necha yuz bit/s dan bir necha o'nlab Kbit/s gacha.