LoRa och LoRaWAN

Vad de två begreppen står för, vad LoRaWAN är gjort för och hur ett nät är uppbyggt.

Två lager

LoRa (av ”Long Range”) är radiotekniken. Den använder modulationen chirp spread spectrum (CSS): varje symbol är en ton som sveper över hela kanalen. Det gör att en mottagare kan avkoda signaler som ligger under brusnivån. Tekniken kommer från det franska företaget Cycleo, som Semtech köpte 2012. Semtech tillverkar fortfarande de flesta LoRa-radiochipen.

Ett LoRa-paket börjar med regelbundna chirps (preambeln). I datadelen börjar varje chirp på en annan frekvens: den startpunkten bär informationen.

LoRaWAN är nätverksprotokollet ovanpå. Det definierar hur enheter ansluter, hur meddelanden krypteras och räknas och hur nätet styr sändningsinställningarna. Specifikationen är öppen och underhålls av LoRa Alliance. Versionerna 1.0.x (främst 1.0.3 och 1.0.4) och 1.1 används. Frekvenserna för varje världsregion fastställs i ett separat dokument, ”Regional Parameters”.

Kort sagt: LoRa är radiolänken, LoRaWAN är nätet.

Vad LoRaWAN är gjort för

Små datamängder: vanligen 10 till 50 byte per meddelande.
Sällan sändning: minuter till timmar mellan två meddelanden.
Lång räckvidd: några kilometer i en stad, mycket mer på landsbygden och med fri sikt.
Batteridrift: enheterna sover nästan hela tiden och fungerar ofta i flera år.
Inte lämpat för röst, bilder, realtidsstyrning eller täta svar till enheten.

Hur ett nät är uppbyggt

En enhet är inte bunden till en gateway: varje gateway inom räckvidd tar emot dess paket. Nätverksservern tar bort dubbletterna.

Del	Uppgift
Slutenhet (nod)	Sensor, tracker eller fälttestare. Sänder uplinks, tar ibland emot downlinks.
Gateway	Tar emot allt den hör på 8 eller fler kanaler samtidigt och skickar det oförändrat vidare till nätverksservern. En gateway kan inte läsa nyttolasten.
Nätverksserver (LNS)	Kontrollerar meddelandena, tar bort dubbletter (när flera gatewayer hör samma paket), väljer gateway för svaret och styr datahastigheten.
Join-server	Hanterar nycklarna som används när enheter ansluter.
Applikationsserver / integration	Dekrypterar nyttolasten och lämnar den till applikationen via webhook, MQTT eller liknande.

Därför visar en fälttestare ofta flera gatewayer för samma meddelande.

Uplink och downlink

Uplink: enhet → nät. Det vanliga fallet.
Downlink: nät → enhet. Bara möjligt kort efter en uplink. Medan en gateway sänder kan den inte ta emot på någon kanal. Downlinks finns därför bara i begränsad mängd.

Enhetsklasser

Klass A: efter varje uplink öppnas två korta mottagningsfönster. Bara då kan nätet svara.

Klass	Beteende	Typisk användning
A	Efter varje uplink öppnas två korta mottagningsfönster (RX1 efter 1 s, RX2 en sekund senare; på TTN RX1 efter 5 s). I övrigt sover enheten.	Nästan alla sensorer, även fälttestare
B	Ytterligare mottagningsfönster vid fasta tidpunkter, synkroniserade med beacons från gatewayerna.	Sällsynt
C	Lyssnar nästan hela tiden. Hög strömförbrukning.	Nätdrivna enheter, t.ex. ställdon