LoRa와 LoRaWAN

두 개의 계층

LoRa(“Long Range”에서 유래)는 무선 기술이에요. 처프 확산 스펙트럼 변조(CSS)를 사용해요. 각 심볼은 채널 전체를 훑고 지나가는 톤이에요. 덕분에 수신기는 잡음 수준보다 낮은 신호도 복호할 수 있어요. 이 기술은 프랑스 회사 Cycleo에서 나왔고, Semtech가 2012년에 이 회사를 인수했어요. 지금도 LoRa 무선 칩은 대부분 Semtech가 만들어요.

LoRaWAN은 그 위에 있는 네트워크 프로토콜이에요. 기기가 네트워크에 어떻게 조인하는지, 메시지를 어떻게 암호화하고 세는지, 네트워크가 전송 설정을 어떻게 제어하는지를 정해요. 규격은 공개되어 있고 LoRa Alliance가 관리해요. 버전 1.0.x(주로 1.0.3과 1.0.4)와 1.1이 쓰이고 있어요. 세계 각 지역의 주파수는 별도 문서인 “Regional Parameters”에서 정해요.

간단히 말해 LoRa는 무선 링크, LoRaWAN은 네트워크예요.

LoRaWAN의 용도

• 적은 데이터양: 메시지 하나에 보통 10~50바이트.
• 드문 전송: 두 메시지 사이 간격은 몇 분에서 몇 시간.
• 긴 통신 거리: 도시에서는 몇 킬로미터, 시골이나 가시선이 확보된 곳에서는 훨씬 더 멀리.
• 배터리 구동: 기기는 거의 항상 절전 상태이고, 몇 년씩 작동하는 경우가 많아요.
• 적합하지 않은 용도: 음성, 이미지, 실시간 제어, 기기로 자주 보내는 응답.

네트워크 구성

구성 요소	역할
엔드 디바이스(노드)	센서, 트래커, 필드 테스터. 업링크를 보내고 가끔 다운링크를 받아요.
게이트웨이	8개 이상의 채널에서 들리는 모든 것을 동시에 받아 그대로 네트워크 서버에 넘겨요. 게이트웨이는 페이로드를 읽을 수 없어요.
네트워크 서버(LNS)	메시지를 검사하고, 중복을 제거하고(여러 게이트웨이가 같은 패킷을 들었을 때), 응답에 쓸 게이트웨이를 고르고, 데이터 레이트를 제어해요.
조인 서버	기기가 조인할 때 쓰는 키를 관리해요.
애플리케이션 서버 / 통합	페이로드를 복호화해 웹훅, MQTT 등으로 애플리케이션에 넘겨요.

그래서 필드 테스터에는 같은 메시지에 대해 여러 게이트웨이가 표시되는 경우가 많아요.

업링크와 다운링크

• 업링크: 기기 → 네트워크. 일반적인 경우예요.
• 다운링크: 네트워크 → 기기. 업링크 직후에만 가능해요. 게이트웨이는 송신하는 동안 어떤 채널에서도 수신할 수 없어요. 그래서 다운링크는 드물어요.

기기 클래스

클래스	동작	주요 용도
A	업링크마다 짧은 수신 창이 두 번 열려요(RX1은 1 s 후, RX2는 그 1초 후. TTN에서는 RX1이 5 s 후). 그 밖에는 절전 상태예요.	거의 모든 센서, 필드 테스터도
B	게이트웨이의 비콘으로 동기화해 정해진 시각에 수신 창을 추가로 열어요.	드묾
C	거의 항상 수신해요. 전력 소비가 커요.	상시 전원 기기(예: 액추에이터)