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Capítulo 12 — Arquitetura de Servidores LoRaWAN e Plataformas IoT

 

12. Introdução

O LoRaWAN não é apenas um protocolo de rádio. Ele depende de uma arquitetura de servidores bem definida, responsável por:

  • Gerenciamento da rede

  • Segurança

  • Processamento de mensagens

  • Integração com aplicações e plataformas IoT

Uma arquitetura mal planejada pode:

  • Limitar a escalabilidade

  • Comprometer a segurança

  • Criar gargalos de downlink

  • Dificultar a integração com sistemas corporativos

12.1 Visão geral da arquitetura LoRaWAN

A arquitetura lógica do LoRaWAN é composta por:

  1. Gateway

  2. Network Server (NS)

  3. Join Server (JS)

  4. Application Server (AS)

End Devices
     ↓
 Gateways
     ↓
 Network Server
     ↓
 Application Server

O Join Server pode estar integrado ao NS ou operar de forma independente.

12.2 Gateways (camada de acesso)

Os gateways são elementos de borda que:

  • Recebem pacotes LoRa

  • Encapsulam em IP

  • Encaminham para o Network Server

Características importantes

  • Não armazenam estado

  • Não decodificam payload

  • Podem ser compartilhados

  • Funcionam como “escuta passiva”

🔎 Boas práticas no AU915

  • Gateways multicanal (8, 16 ou 64 canais)

  • Downlink em 500 kHz habilitado

  • Backhaul confiável (Ethernet > Wi-Fi > LTE)

12.3 Network Server (NS)

O Network Server é o coração da rede LoRaWAN.

Principais responsabilidades

  • Deduplicação de uplinks

  • Gerenciamento de sessões

  • ADR

  • Controle de downlink

  • Aplicação de políticas regionais (AU915)

  • Processamento de comandos MAC

Exemplos de Network Servers

  • ChirpStack

  • The Things Stack (TTS / TTN)

  • Actility

  • Servidores proprietários

12.4 Join Server (JS)

O Join Server é responsável pelo processo de ativação OTAA.

Funções principais

  • Armazenar AppKey / NwkKey

  • Processar Join Requests

  • Gerar chaves de sessão

  • Enviar Join Accept

Modelos de implantação

  • Integrado ao Network Server

  • Servidor independente (multi-tenant)

🔎 Importante
Separar o Join Server aumenta:

  • Segurança

  • Escalabilidade

  • Isolamento entre aplicações

12.5 Application Server (AS)

O Application Server é onde:

  • Os dados já descriptografados chegam

  • O payload é processado

  • A lógica de negócio acontece

Funções típicas

  • Decodificação de payload

  • Persistência em banco de dados

  • Dashboards

  • Alertas

  • Integração com sistemas externos

12.6 Integração com plataformas IoT

As integrações mais comuns são:

MQTT

  • Streaming em tempo real

  • Ideal para Node-RED, microserviços

  • Baixa latência

HTTP / Webhooks

  • Integrações REST

  • Sistemas legados

  • Menor complexidade

Outros

  • AMQP

  • Kafka

  • gRPC (em plataformas modernas)

🔎 Prática comum no Brasil
Network Server → MQTT → Plataforma IoT própria

12.7 Arquitetura típica de plataforma IoT

Uma arquitetura moderna baseada em LoRaWAN geralmente inclui:

LoRaWAN NS
   ↓ MQTT
 ETL / Node-RED
   ↓
 Time-series DB
   ↓
 API / Backend
   ↓
 Dashboard / Aplicações

Componentes comuns

  • Node-RED (ETL e regras)

  • InfluxDB / TimescaleDB

  • Backend (REST / GraphQL)

  • Frontend (dashboards, alertas)

12.8 Multi-tenancy e escalabilidade

Multi-tenancy

Permite:

  • Vários clientes

  • Isolamento lógico

  • Controle de acesso

Implementado via:

  • RBAC

  • Namespaces

  • Isolamento de dados

Escalabilidade

Boas práticas:

  • Stateless services

  • Filas e streaming

  • Separação NS / AS

  • Monitoramento contínuo

12.9 Segurança na arquitetura

Camadas de segurança:

  • Criptografia LoRaWAN (AES-128)

  • TLS entre gateways e servidores

  • Autenticação de APIs

  • Controle de acesso

  • Auditoria e logs

🔎 LGPD / Compliance
Arquiteturas privadas facilitam:

  • Governança de dados

  • Conformidade regulatória

12.10 AU915 e impacto arquitetural

O AU915 impõe desafios específicos:

  • Muitos canais

  • Alto volume de uplinks

  • Downlink escasso

  • ADR crítico

➡️ A arquitetura deve ser otimizada para uplink.

12.11 Erros comuns de arquitetura

⚠️ Centralizar tudo em um único servidor
⚠️ Subestimar volume de dados
⚠️ Ignorar escalabilidade do MQTT
⚠️ Usar downlink excessivo
⚠️ Falta de observabilidade

Encerramento do Capítulo 12

Neste capítulo você aprendeu:

  • Componentes da arquitetura LoRaWAN

  • Papel do NS, JS e AS

  • Integração com plataformas IoT

  • Arquiteturas modernas e escaláveis

  • Considerações específicas do AU915

  • Boas práticas de segurança e operação

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