LoRa WAN

LoRa WAN

LoRa WAN (Long Range) define um protocolo de comunicação e uma arquitetura de rede sem fio de baixa potência para longas distâncias, bastante utilizada para conectar dispositivos para Internet das Coisas.

As redes LoRa utilizam modulação por espalhamento espectral por trinado (chirp spread spectrum modulation). O trinado remete ao canto dos pássaros (chirp). A tecnologia LoRa usa uma faixa ampla linear de frequência modulada por pulsos curtos (chirp) que codificam a informação. A técnica chirp vem sendo utilizado por décadas em radares, aplicações militares e espaciais devido a seu longo alcance e robustez frente a interferências. Esta é uma grande vantagem das redes LoRa, as quais podem cobrir dezenas de quilômetros, suficiente para cobertura entre cidades.

Uma das motivações do desenvolvimento do LoRa foi cobrir a falta de alcance existente entre as comunicações sem fio tradicionais (wireless) e as redes de telefonia celular.

Arquitetura das redes LoRa

A arquitetura das redes LoRa emprega uma topologia em estrela, visando diminuir o consumo de energia, com os seguintes componentes:

• Dispositivos Terminais atuam como transmissores/receptores em direção aos gateways.
• Gateways atuam como hub, podendo receber informações de múltiplos dispositivos terminais. Os gateways também encaminham a informação para os Servidores de Rede a partir de um ponto de acesso (backhaul).
• Servidores de Rede são os responsáveis pelo encaminhamento das informações enviadas pelos gateways em direção aos Servidores de Aplicação.
• Servidores de Aplicação são programas específicos que monitoram os dados recebidos a realizam ações de controle para uma dada aplicação.

A comunicação LoRa utiliza o protocolo de comunicação ALOHA, permitindo que nós assíncronos envie informações quando tiverem dados prontos para enviar.

A LoRa oferece mecanismos de segurança através de criptografia para as informações (AES 128 bits) e segurança da transmissão através de checagem da integridade das mensagens, com uma chave gerada com a mesma técnica de criptografia.

Capacidade dos dispositivos LoRa

• Classe A: Comunicação bidirecional voltada a sensores alimentados por bateria. Um sensor pode realizar uma transmissão (uplink transmission) a qualquer tempo (randômicamente). Após uma transmissão o emissor abre duas janelas curtas de tempo para receber reconhecimentos. O gateway pode reconhecer o recebimento em qualquer das janelas de tempo, mas não em ambas.
• Classe B: Comunicação bidirecional voltada a atuadores alimentados por bateria. A transmissão para o atuador (downlink transmission) é realizada durante uma janela de tempo de recepção e necessita de sincronização prévia, para a qual o gateway deve enviar beacon de sincronização, o qual serve também para verificar se o dispositivo está na escuta.
• Classe C: Suporta comunicação bidirecional para dispositivos que possuem fonte de energia para enviar ou receber dados continuamente.