LoRa y LoRaWAN

Qué significan los dos términos, para qué sirve LoRaWAN y cómo se estructura una red.

Dos capas

LoRa (de «Long Range», largo alcance) es la técnica de radio. Utiliza la modulación de espectro ensanchado por chirp (CSS, chirp spread spectrum): cada símbolo es un tono que recorre todo el canal. Esto permite a un receptor decodificar señales que están por debajo del nivel de ruido. La técnica procede de la empresa francesa Cycleo, que Semtech adquirió en 2012. Semtech sigue fabricando hoy la mayoría de los chips de radio LoRa.

Un paquete LoRa empieza con chirps regulares (el preámbulo). En los datos, cada chirp empieza en una frecuencia distinta: ese punto de partida lleva la información.

LoRaWAN es el protocolo de red que va encima. Define cómo se unen los dispositivos a la red, cómo se cifran y numeran los mensajes y cómo controla la red los ajustes de transmisión. La especificación es abierta y la mantiene la LoRa Alliance. Están en uso las versiones 1.0.x (sobre todo 1.0.3 y 1.0.4) y 1.1. Las frecuencias de cada región del mundo se fijan en un documento aparte, los «Regional Parameters».

En resumen: LoRa es el enlace de radio, LoRaWAN la red.

Para qué sirve LoRaWAN

Pequeñas cantidades de datos: normalmente de 10 a 50 bytes por mensaje.
Transmisiones poco frecuentes: de minutos a horas entre dos mensajes.
Largo alcance: unos pocos kilómetros en la ciudad, mucho más en el campo y con visión directa.
Funcionamiento con batería: los dispositivos duermen casi todo el tiempo y a menudo funcionan varios años.
No es adecuado para voz, imágenes, control en tiempo real ni respuestas frecuentes al dispositivo.

Cómo se estructura una red

Un dispositivo no está ligado a un gateway: todos los gateways al alcance reciben su paquete. El servidor de red elimina los duplicados.

Parte	Función
Dispositivo final (nodo)	Sensor, tracker o tester de campo. Envía uplinks y de vez en cuando recibe downlinks.
Gateway	Recibe todo lo que oye en 8 o más canales a la vez y lo pasa sin cambios al servidor de red. Un gateway no puede leer el payload.
Servidor de red (LNS)	Comprueba los mensajes, elimina duplicados (cuando varios gateways oyen el mismo paquete), elige el gateway para la respuesta y controla la velocidad de datos.
Servidor de join	Gestiona las claves que se usan cuando los dispositivos se unen a la red.
Servidor de aplicaciones / integración	Descifra el payload y lo entrega a la aplicación por webhook, MQTT o similar.

Por eso un tester de campo muestra a menudo varios gateways para el mismo mensaje.

Uplink y downlink

Uplink: dispositivo → red. El caso habitual.
Downlink: red → dispositivo. Solo es posible poco después de un uplink. Mientras un gateway transmite, no puede recibir en ningún canal. Por eso los downlinks son escasos.

Clases de dispositivos

Clase A: después de cada uplink se abren dos breves ventanas de recepción. Solo entonces puede responder la red.

Clase	Comportamiento	Uso típico
A	Después de cada uplink se abren dos breves ventanas de recepción (RX1 al cabo de 1 s, RX2 un segundo después; en TTN, RX1 al cabo de 5 s). El resto del tiempo el dispositivo duerme.	Casi todos los sensores, también los testers de campo
B	Ventanas de recepción adicionales a horas fijas, sincronizadas mediante balizas de los gateways.	Poco frecuente
C	Escucha casi todo el tiempo. Consumo elevado.	Dispositivos conectados a la red eléctrica, p. ej., actuadores