Zuverlässige und sichere IIoT-Drahtlos-Sensornetze für die Industrie 4.0

Wir sind im Zeitalter der vierten industriellen Revolution (Industrie 4.0) angekommen – angetrieben durch das Internet, Cloud Computing, Datenanalyse und die Implementierung des Industrial Internet of Things (IIoT). Frühere industrielle Technologien hatten die Überwachung und Steuerung verschiedener Systeme in Fabriken, Kraftwerken, Ölraffinerien, Gas-Pipelines, Schienenfahrzeugen und vielen weiteren Bereichen ermöglicht. Das IIoT könnte nun die nächste Stufe der Automatisierung zünden, nämlich durch die Einführung drahtloser Sensornetze (Wireless Sensor Networks, WSN) in der Industrie.

Microchip Technology stellt zusammen mit The Things Industries nun die erste durchgängige Sicherheitslösung der Branche vor, die LoRaWAN-Geräte weltweit durch eine sichere, vertrauenswürdige und verwaltete Authentifizierung erweitert. Die Lösung bietet hardwarebasierte Sicherheit für das LoRa-Ökosystem und kombiniert den MCU- und funkbasierten CryptoAuthentication-Baustein ATECC608A-MAHTN-T mit den Managed-Join-Servern von The Things Industries und dem Secure Provisioning Service von Microchip.

Ein WAN verbindet weit entfernte Geräte über Gateways mit dem Internet. LoRa ist ein Abonnement-freier Kommunikationsstandard, der von vielen Unternehmen unterstützt wird. Es gibt keine Überschneidungen zwischen LoRa und WLAN oder Bluetooth. Letztere haben eine kurze Reichweite, LoRa eine schmale Bandbreite. Da LoRa hauptsächlich mit Sensoren eingesetzt wird, kann die Kommunikation langsam und hauptsächlich unidirektional sein. LoRa unterstützt auch die Peer-to-Peer-Kommunikation.

Nordic Automation Systems hat einen Funk-Controller für LED-Straßenlampen auf der Basis des LoRa-Wide-Area-Network-Standards herausgebracht. Der neue Controller Zhaga 18 Luminaire entspricht dem „Book 18 LED Interface Standard“ des Zhaga-Konsortiums und misst nur 40 x 19 mm.

Obwohl LoRa für die Kommunikation zwischen Geräten auf der Erdoberfläche vorgesehen ist, ist es durch nichts verboten (außer vielleicht durch Aufsichtsbehörden), sie vertikal zwischen einem fliegenden Objekt wie einem (Wetter-)Ballon und einer Bodenstation zu verwenden. Hier ein Bauvorschlag.

Segelboot-Rennen erfordern unter anderem den geschickten Umgang mit den Winden. Es würde Eindruck machen, wenn Sie im Clubhaus Ihr eigenes auf LoRa basierendes Messsystem mit großem Display zur Erfassung von Windgeschwindigkeit und Windrichtungsdaten für jede Kursmarkierung zeigen könnten. Wollen Sie beim Programmieren helfen?

Dieses Video zeigt, wie eine Peer-to-Peer-LoRa-Kommunikation per Funk aufgebaut wird. Anhand eines einfachen Beispiels auf Arduino-Basis wird erläutert, wie die Daten eines DHT11-Temperatur- und Feuchtigkeitssensors auf der ThingSpeak-Cloud aktualisiert werden. Bevor ein Entwickler in der Lage ist, Daten von Sensoren an einen Cloud-Server zu senden, benötigt er möglicherweise gezielte Unterstützung, um sich in LoRa- und IoT-Technologie einzuarbeiten. Hierfür hat Elektor das neue Drago LoRa IoT Development Kit ins Programm genommen.

Transmit wind and direction data by LoRa to a large digital display.

LoRa Alliance ist eine globale Vereinigung von Firmen, die den LoRaWA-Standard für Low-Power Wide-Area IoT-Netzwerke unterstützt. Nach eigenen Angaben von letztem Juni hat diese Gruppe mit der Überschreitung der Marke von 500 Mitgliedern innerhalb von gerade einmal zwei Jahren neue Maßstäbe gesetzt. Diese Mitglieder setzen, zusammen mit ihren Partnern und Kunden, verstärkt das LoRaWAN-Protokoll ein, mit 42 öffentlich bekanntgegebenen Betreibern. Ein Zuwachs um den Faktor 3,5 innerhalb einen Jahres – mit über 250 weiteren, zurzeit stattfindenden Studien und Einsätzen in verschiedenen Städten. (Quelle: LoRa Alliance; infographic: LoRaWAN Network Coverage; Weltkarte: Situation August 2017)

Laut bestimmten Dokumenten des LoRa Consortiums nutzt LoRaWAN den Algorithmus AES 128 zur Verschlüsselung. Der französische Sicherheitsspezialist Renaud Lifchitz fand aber heraus, dass tatsächlich AES 128 lediglich zur Genese eines Streams von Schlüsseln benutzt wird, einem sogenannten „keystream“, der simplerweise mit den Daten geXORt wird. Das Ergebnis ist eine ziemlich suboptimale Verschlüsselung, die von jedem mit genügend Know-How und entsprechendem Willen entschlüsselt werden kann. Und es gibt noch mehr Schwachstellen...