Σχεδιασμός και υλοποίηση συστήματος πρόσβασης χωρίς κλειδί σε χώρο στάθμευσης με χρήση LoRaWAN και BLE

Abstract

Η ραγδαία ανάπτυξη του Διαδικτύου των Πραγμάτων (Internet of Things) έχει φέρει πολλές αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο καθημερινά αντικείμενα συλλέγουν, ανταλλάσσουν και αξιοποιούν δεδομένα, δημιουργώντας νέες δυνατότητες αυτοματοποίησης σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, από τις έξυπνες πόλεις έως τη διαχείριση υποδομών. Στο πλαίσιο αυτό, οι τεχνολογίες ασύρματης επικοινωνίας μεγάλης εμβέλειας και χαμηλής κατανάλωσης (LPWAN), με χαρακτηριστικότερo εκπρόσωπο το LoRaWAN, προσφέρουν αξιόπιστη συνδεσιμότητα σε συσκευές που βρίσκονται σε απομακρυσμένα ή δύσκολα προσβάσιμα σημεία, με ελάχιστες απαιτήσεις σε ενέργεια και κόστος. Σε χώρους ελεγχόμενης στάθμευσης, η πρόσβαση των δικαιούχων βασίζεται παραδοσιακά σε φυσικά μέσα όπως κλειδιά, τηλεχειριστήρια ραδιοσυχνοτήτων ή κάρτες εγγύτητας, τα οποία μπορούν να χαθούν, να αντιγραφούν ή να μοιραστούν ανεξέλεγκτα. Παράλληλα, η διαχείριση των δικαιωμάτων πρόσβασης γίνεται συχνά χειροκίνητα, χωρίς δυνατότητα εύκολης ανάκλησης και χωρίς αξιόπιστη καταγραφή των συμβάντων, με αποτέλεσμα μειωμένη ασφάλεια και αυξημένο διαχειριστικό κόστος. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός συστήματος πρόσβασης χωρίς φυσικό κλειδί (keyless access) για χώρο στάθμευσης. Ένας αισθητήρας υπερήχων ανιχνεύει την άφιξη οχήματος στην είσοδο και ο τελικός κόμβος αποστέλλει το συμβάν μέσω LoRaWAN προς κεντρικό εξυπηρετητή. Παράλληλα, η εφαρμογή κινητού του χρήστη, αφού τον αυθεντικοποιήσει μέσω των προτύπων OAuth 2.0 / OpenID Connect, αποστέλλει απόδειξη φυσικής εγγύτητας βασισμένη σε Bluetooth Low Energy και σε γεωγραφική θέση. Ο εξυπηρετητής συσχετίζει τις δύο ενδείξεις, εφαρμόζει το σύνολο των κανόνων πρόσβασης και επιστρέφει την απόφαση ως downlink προς τη συσκευή της πύλης, καταγράφοντας ταυτόχρονα κάθε συμβάν σε βάση δεδομένων. Το κεντρικό σχεδιαστικό χαρακτηριστικό του συστήματος είναι ότι η απόφαση πρόσβασης θεμελιώνεται στη σύζευξη δύο ανεξάρτητων και συμπληρωματικών καναλιών: της φυσικής παρουσίας οχήματος, που πιστοποιείται μέσω του δικτύου LoRaWAN και της αυθεντικοποιημένης εγγύτητας του χρήστη, που πιστοποιείται μέσω της εφαρμογής. Καθώς καμία από τις δύο ενδείξεις δεν επαρκεί από μόνη της, το σύστημα αποκτά ένα εγγενές επίπεδο ασφάλειας. Μέσα από την εκπόνηση της εργασίας αναλύονται οι αρχές λειτουργίας του LoRa και του LoRaWAN, η ρύθμιση του τελικού κόμβου σε λειτουργία Class C για την άμεση λήψη εντολών, ο μηχανισμός ταυτοποίησης και εξουσιοδότησης, καθώς και η ολοκλήρωση των επιμέρους υποσυστημάτων (τελικού κόμβου, δικτύου, εξυπηρετητή και εφαρμογής) σε ένα ενιαίο και πλήρως λειτουργικό σύστημα ελέγχου πρόσβασης.