코딩도상국

https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/regional-parameters/

LoRa는 기본적으로 지역마다 사용하는 주파수 대역, Duty Cycle이 다르다. 

우리나라는 KR920에 해당하며, SKT Telecom이 선두주자로 LoRa를 개발하고 있다. 아래 기술 요구사항을 참고하였습니다. 구현에 있어 중요하다고 생각하는 부분을 아래에 정리합니다.

SKT, 저전력 IoT LoRa 디바이스 기술 요구사항(LoRa-1.8), 2016년 8월

1.  대한민국 무선설비규칙 917~923.5 ㎒ 무선설비 기술기준 표준규격에 따라 중심주파수 및 공중선 전력 등 상응하는 최신 표준규격을 모두 준수하여야 한다.
2. 각 주파수 대역 내 각 채널의 대역폭은 125 ㎑를 지원해야 하며, 지원 가능한 채널 대역폭을 소프트웨어/파라미터으로 설정 가능하여야 한다.
3. 디바이스의 하향링크(RX1) 채널 주파수 위치가 가장 최근 상향링크 송신한 채널 주파수 위치가 되도록 동작할 수 있어야 하고, 재전송(RX2) 채널 주파수 위치 및 Spreading Factor, Data Rate 은 소프트웨어/파라미터으로 설정 가능하여야 한다.

25 채널은 RX2 윈도우 Downlink 전용 

26, 27, 28 채널은 RX1 윈도우 Uplink/Downlink 사용 (Default)

29, 30, 31, 32 채널은 RX1 윈도우 Uplink/Downlink 사용 (Extra)

25 채널은 Uplink 이 후 Downlink가 없을 시, RX2(25채널) 윈도우를 통해 Downlink

구현 시 위 규격을 지켜야 한다.

위 Channel Freq가 Join_Accept 메세지의 CFList이다.

https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/end-device-activation/

• Over-The-Air-Activation (OTAA) - the most secure activation method for end devices. Devices perform a join procedure with the network, during which a dynamic device address is assigned and security keys are negotiated with the device.
• Activation By Personalization (ABP) - requires hardcoding the device address as well as the security keys in the device. ABP is less secure than OTAA and also has the downside that devices can not switch network providers without manually changing keys in the device.

OTAA와 ABP의 차이는 인증방식이다.

ABP는 사전에 Application_Key, Network_Key를 가지고, 하나의 채널을 Default로 고정하여 사용한다. 그러므로 Join_Request, Join_Accept 과정이 필요하지 않는다.

반면 OTAA는 ABP와 달리 네트워크 첫 진입 시  Join_Request, Join_Accept 를 주고 받으며, 인증을 받는다. 아래 그림은 OTAA 메세지 흐름을 설명한다. 

End_Device가 Join_Request 메세지를 업링크(Up_Link)한다. Application_Server가 Join_Request에 대한 세션 키를 생성하면 Join_Accept 메세지를 End_Device로 다운링크(Down_Link)한다. (이는 기본적으로 Class_A로, End_Device 주도방식이다.)

여기서 Join_Accept 메세지 안의 CFList가 중요하다. 

CFList(16bytes) – contains the optional list of channel frequencies to be used for the end device 

Join_Accept 메세지 안에는 End_Device가 Channel_Frequency를 사용할  CFList가 들어 있다. 여기서 ABP와 큰 차이점을 가진다. ABP는 하나의 Channel_Frequency를 사용한다면, OTAA는 CFList를 통해 Channel_Frequency가 바뀐다.

MBED 구현 부분이다. 

https://github.com/ARMmbed/mbed-os-example-lorawan

mbed_app.json 파일 안에 OTAA와 ABP 설정 관련된 부분을 설명한다.

• For OTAA

"lora.device-eui": "{ YOUR_DEVICE_EUI }",
"lora.application-eui": "{ YOUR_APPLICATION_EUI }",
"lora.application-key": "{ YOUR_APPLICATION_KEY }"​

• For ABP

"lora.over-the-air-activation": false,

"lora.appskey": "{ YOUR_APPLICATION_SESSION_KEY }",
"lora.nwkskey": "{ YOUR_NETWORK_SESSION_KEY }",
"lora.device-address": " YOUR_DEVICE_ADDRESS_IN_HEX  "

ABP를 사용하기 위해선 OTAA를 꺼야 한다. 

안녕하세요.

오늘부터 LoRa 관련하여 포스팅을 시작하겠습니다.

TTN(The Things Network)에서 제공하는 자료를 기반으로 LoRa 기초를 다지기 좋습니다.

https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/

사물인터넷의 발전으로 초소형 통신장치 수요가 증가함에 따라, 기존에 IoT를 위하여 대표적으로 활용되던 WiFi, BLE, Zigbee와 같은 근거리 네트워크가 발전되었습니다.

하지만 장거리를 필요로 하는 서비스에는 부적합하여 저전력＊장거리 통신 기술인 LPWAN (Low Power Wide Area Network)에 대한 많은 연구가 진행 중입니다. 

LPWAN은 아래와 같은 종류들이 있습니다.

면허 대역 : NB-IoT (LG)

비면허 대역 : LoRa (SKT), Sigfox

LPWA기반 광역 IoT기술 및 표준화 (Wide Range IoT Technology and Standardization based on LPWA)
https://ettrends.etri.re.kr/ettrends/158/0905002120/

저는 LPWAN 중에서도 LoRa에 대해 포스팅합니다.

( 한국에서는 대표적으로 LoRa를 다루는 곳은 SKT 텔레콤과 한전 KDN이 있습니다. )

LoRa : 장거리 저전력 무선 플랫폼으로서 (한국에서) 920MHz 대역의 주파수를 사용하는 무선통신 기술.

LoRaWAN : LoRa 무선 통신 기술을 이용한 광역 네트워크 

LoRa의 특징을 말하기 앞서 이 글에 가장 중요하다고 생각되는 부분은 LoRa와 LoRaWAN의 차이입니다.

LoRa는 물리(Physical) 계층에 속하며 Semtech이 보유한 무선 통신 기술입니다. 

LoRaWAN은 링크(Mac) 계층에 속하며 LoRa Alliance가 이를 규정하고 있습니다. 

그래서 LoRaWAN을 구현할 때는 Semtech 문서와 LoRa Alliance 문서를 참고하여야 합니다.

https://lora-alliance.org/lorawan-for-developers/

LoRa의 대표 특징은

1. Low Power (저전력)
2. Long Range (장거리)
3. License free spectrum (주파수 스펙트럼 무료 라이센스)
4. 변조 방식 : CSS (Chirp Spread Spectrum)

LoRaWAN 대표 특징은

1. 변조 방식 : CSS, FSK
2. 접속 절차 : OTAA(Over-The-Air-Activation), ABP(Activation By Personalization)
3. Class : Class A, Class B, Class C
4. 단일 홉 (one-hop) Star topology
5. 네트워크 보안 : AES 128 암호화
6. 세션 키 : 네트워크 세션 키, 어플리케이션 세션 키

장점은

1. 네트워크가 구축되어 있지 않은 야외 나 네트워크 구축이 힘든 실내 환경에 활용 가능
2. 낮은 사용료와 저렴한 초기 구축비
3. 단순한 접속 절차 (OTAA, ABP)로 대량의 단말기(End Device) 간단하게 수용 가능
4. End Device가 복수의 기지국에 접속 가능하여 최적의 경로로 네트워크에서 단말기로 데이터 전송이 가능
5. Sensitivity 특성이 좋아서 신호 간섭에 강하고 최적의 주파수 활용도를 제공
6. LoRa는 기기간 동기를 맞출 필요가 없고, 채널에 대한 모니터링이 필요 X

위와 같이 볼 수 있습니다.

간단히 이 정도로 소개하며, 이제부터 하나하나 자세히 포스팅 해나가도록 하겠습니다.