LoRa i LoRaWAN

Què volen dir els dos termes, per a què està pensat LoRaWAN i com es construeix una xarxa.

Dues capes

LoRa (de «Long Range», llarg abast) és la tècnica de ràdio. Fa servir la modulació d'espectre eixamplat per chirps (CSS): cada símbol és un to que recorre tot el canal. Això permet que un receptor descodifiqui senyals que són per sota del nivell de soroll. La tècnica prové de l'empresa francesa Cycleo, que Semtech va adquirir el 2012. Semtech encara fabrica avui la majoria dels xips de ràdio LoRa.

Un paquet LoRa comença amb chirps regulars (el preàmbul). A les dades, cada chirp comença en una freqüència diferent: aquest punt de partida porta la informació.

LoRaWAN és el protocol de xarxa que hi ha al damunt. Defineix com s'uneixen els dispositius a la xarxa, com es xifren i es compten els missatges i com la xarxa controla els paràmetres de transmissió. L'especificació és oberta i la manté la LoRa Alliance. Es fan servir les versions 1.0.x (sobretot 1.0.3 i 1.0.4) i 1.1. Les freqüències de cada regió del món es fixen en un document a part, els «Regional Parameters».

En resum: LoRa és l'enllaç de ràdio, LoRaWAN la xarxa.

Per a què està pensat LoRaWAN

Poques dades: normalment de 10 a 50 bytes per missatge.
Transmissions poc freqüents: de minuts a hores entre dos missatges.
Llarg abast: uns quants quilòmetres en una ciutat, molt més al camp i amb visibilitat directa.
Funcionament amb bateria: els dispositius dormen gairebé tot el temps i sovint funcionen diversos anys.
No és adequat per a veu, imatges, control en temps real o respostes freqüents al dispositiu.

Com es construeix una xarxa

Un dispositiu no està lligat a cap gateway: cada gateway a l'abast rep el seu paquet. El servidor de xarxa elimina els duplicats.

Element	Funció
Dispositiu final (node)	Sensor, tracker o tester de camp. Envia uplinks i de tant en tant rep downlinks.
Gateway	Rep tot el que sent en 8 o més canals alhora i ho passa sense canvis al servidor de xarxa. Un gateway no pot llegir la càrrega útil.
Servidor de xarxa (LNS)	Comprova els missatges, elimina els duplicats (quan diversos gateways senten el mateix paquet), tria el gateway per a la resposta i controla la velocitat de dades.
Servidor de join	Gestiona les claus que es fan servir quan els dispositius s'uneixen a la xarxa.
Servidor d'aplicació / integració	Desxifra la càrrega útil i la lliura a l'aplicació per webhook, MQTT o similar.

Per això un tester de camp sovint mostra diversos gateways per al mateix missatge.

Uplink i downlink

Uplink: dispositiu → xarxa. El cas habitual.
Downlink: xarxa → dispositiu. Només és possible poc després d'un uplink. Mentre un gateway transmet, no pot rebre en cap canal. Per això els downlinks són escassos.

Classes de dispositius

Classe A: després de cada uplink s'obren dues finestres de recepció curtes. Només llavors pot respondre la xarxa.

Classe	Comportament	Ús típic
A	Després de cada uplink s'obren dues finestres de recepció curtes (RX1 al cap d'1 s, RX2 un segon més tard; a TTN, RX1 al cap de 5 s). La resta del temps el dispositiu dorm.	Gairebé tots els sensors, també els testers de camp
B	Finestres de recepció addicionals a hores fixes, sincronitzades per balises dels gateways.	Poc habitual
C	Escolta gairebé tot el temps. Consum d'energia elevat.	Dispositius connectats a la xarxa elèctrica, p. ex. actuadors