LoRa-Endgeräte-Aktivierung (ABP vs. OTAA)
Die LoRa-Endgeräte-Aktivierung ist Teil der Registrierung und Anmeldung eines LoRa-Endgeräts an einem LoRaWAN.
- Bei der Endgeräte-Registrierung mit dem OTAA-Verfahren muss sich das LoRa-Endgerät beim LoRaWAN anmelden.
- Jedesmal, bevor ein Endgerät Daten an ein LoRaWAN senden kann, muss es sich beim LoRaWAN anmelden.
In beiden Fällen bezeichnet man das als JOIN. Grob übersetzt ist das der „Beitritt“ oder die „Anmeldung“ bei einem LoRaWAN. Egal welche Endgeräte-Aktivierung verwendet wird, es muss der JOIN-Vorgang vor jeder Datenübertragung erfolgen bzw. ist ein Teil der Datenübertragung. Das ist deshalb notwendig, weil zwischen LoRa-Endgerät und dem LoRaWAN in der Regel keine Management-Daten übertragen werden, sondern nur dann eine Funk-Verbindung besteht, wenn das LoRa-Endgerät Daten sendet.
ABP - Activation by Personalization
ABP (Activation by Personalization) ist ein Verfahren zur Aktivierung von LoRa-Endgeräten im LoRaWAN. Beim ABP-Verfahren werden die Authentifizierungsdaten (Device-Adresse, Netzwerkschlüssel und Sitzungsschlüssel) auf dem Endgerät, wie auch im Netzwerk fest hinterlegt. Eine zusätzliche Authentifizierung ist dann nicht mehr notwendig.
Der Sitzungsschlüssel ist statisch und im Endgerät festgelegt. Das kann ein Sicherheitsrisiko sein, wenn der Schlüssel möglicherweise kompromittiert wird. Für ganz einfache Anwendungsfälle und in Test-Phasen stellt das sicherlich kein Problem dar. Außerdem kann das ABP-Verfahren sinnvoll sein, wenn höhere Übertragungsraten erforderlich sind oder die Laufzeit des Akkus länger sein soll.
OTAA - Over-the-Air Activation
OTAA (Over-the-Air Activation) ist ein Verfahren zur Aktivierung von LoRa-Endgeräten im LoRaWAN. Beim OTAA-Verfahren muss sich das Endgerät vor der eigentlichen Datenübertragung immer zuerst gegenüber dem Netzwerk authentifizieren, um einen neuen Sitzungsschlüssel zu erhalten, der für die Datenübertragung verwendet wird.
Der OTAA-Prozess erfolgt in der Regel in drei Schritten:
- Join-Request: Das Endgerät sendet ein Join-Request an das LoRaWAN-Netzwerk, um sich zu authentifizieren und einen Sitzungsschlüssel zu erhalten. Der Join-Request enthält Informationen wie DevEUI (eindeutige Geräte-ID), AppEUI (eindeutige Anwendungs-ID) und ein zufälliges Nonce (Number used Once).
- Join-Answer: Das Netzwerk prüft die Authentifizierungsinformationen und sendet ein Join-Answer zurück, in dem Sitzungsschlüssel und andere Netzwerkparameter enthalten sind. Der Sitzungsschlüssel wird für die Datenübertragung zwischen dem Endgerät und dem Netzwerk verwendet.
- Bestätigung: Das Endgerät bestätigt den Empfang und ist dann erfolgreich im LoRaWAN authentifiziert und bereit, Daten zu senden und zu empfangen.
OTAA oder ABP?
OTAA (Over-the-Air Activation) ist im Vergleich zu ABP (Activation by Personalization) das sicherere Authentifizierungsverfahren, da es für jede Verbindung einen neuen Sitzungsschlüssel verwendet. Das heißt, wenn ein Sitzungsschlüssel abgefangen werden könnte, dann wäre nur diese eine Sitzung betroffen. Aber nicht die vorherigen und auch nicht die nachfolgenden folgenden Sitzungen. ABP hingegen verwendet einen vordefinierten Sitzungsschlüssel, der für alle Verbindungen verwendet wird. Wenn dieser Sitzungsschlüssel abgefangen wird, dann sind alle vorherigen und nachfolgenden Übertragungen unsicher. ABP birgt also ein höheres Sicherheitsrisiko im Vergleich zu OTAA. Aber, OTAA kann aufgrund des zusätzlichen Authentifizierungsschritts etwas langsamer und die Nutzdatenrate geringer sein als ABP.
Wenn man LoRa-Netze und LoRa-Endgeräte testen will, dann ist das ABP-Verfahren besser geeignet, weil dabei weniger schief gehen kann. Vor allem dann, wenn man noch keine Erfahrung hat. Im dauerhaften Produktiv-Betrieb ist das OTAA-Verfahren zu empfehlen. Außer die Einschränkungen (Geschwindigkeit und Nutzdatenrate) des Verfahrens schließen dessen Nutzung aus.
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