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Capítulo 5 — Introdução ao LoRaWAN

 

5. O que é LoRaWAN

Enquanto o LoRa define apenas a camada física (PHY) — ou seja, como os bits são transmitidos pelo ar — o LoRaWAN define as camadas superiores do protocolo, responsáveis por:

  • Endereçamento dos dispositivos

  • Segurança

  • Autenticação

  • Gerenciamento da rede

  • Comunicação bidirecional

Em resumo:

LoRa = rádio (PHY)
LoRaWAN = protocolo de rede

5.1 Arquitetura de uma rede LoRaWAN

A arquitetura LoRaWAN segue um modelo estrela de estrelas, composto por quatro elementos principais:

  1. Dispositivos finais (End Devices)

  2. Gateways

  3. Network Server

  4. Application Server

End Devices → Gateways → Network Server → Application Server

Características principais

  • Comunicação uplink (dispositivo → rede)

  • Comunicação downlink (rede → dispositivo)

  • Gateways atuam como pontes transparentes

  • Inteligência concentrada no Network Server

5.2 Dispositivos finais (End Devices)

Os end devices são sensores, atuadores ou nós IoT que:

  • Coletam dados

  • Transmitem via LoRa

  • Operam com bateria

  • Possuem recursos limitados

Eles não se conectam a um gateway específico.
Uma mesma mensagem pode ser recebida por vários gateways simultaneamente.

➡️ O Network Server decide:

  • Qual gateway usará para downlink

  • Como gerenciar ADR, segurança e deduplicação

5.3 Gateways

Os gateways LoRaWAN:

  • Recebem pacotes LoRa

  • Encaminham os dados para o Network Server

  • Não interpretam o payload

Funções do gateway

  • Conversão RF → IP

  • Timestamp dos pacotes

  • Encaminhamento via Ethernet, Wi-Fi ou 4G/5G

🔎 Nota prática AU915
No Brasil:

  • Gateways costumam operar com:

    • 8, 16 ou 64 canais

  • O correto alinhamento do plano de canais AU915 é crítico

5.4 Network Server (Servidor de Rede)

O Network Server é o cérebro da rede LoRaWAN.

Ele é responsável por:

  • Deduplicação de pacotes

  • Gerenciamento de sessões

  • ADR (Adaptive Data Rate)

  • Controle de downlinks

  • Segurança de rede

Exemplos:

  • ChirpStack

  • The Things Stack (TTN/TTS)

  • Actility

5.5 Application Server

O Application Server:

  • Recebe os dados já descriptografados

  • Processa o payload

  • Integra com sistemas externos

Exemplos de integração:

  • MQTT

  • HTTP/REST

  • Webhooks

  • Bancos de dados

  • Dashboards IoT

🔎 Nota prática
Em muitas implementações modernas, o Application Server está integrado ao Network Server.

5.6 Segurança no LoRaWAN

A segurança é um dos pilares do LoRaWAN.

Princípios fundamentais

  • Criptografia AES-128

  • Chaves únicas por dispositivo

  • Segurança de ponta a ponta

Chaves principais

ChaveFunção
AppKeyAtivação e derivação de chaves
NwkKeySegurança de rede
AppSKeyCriptografia do payload
NwkSKeyIntegridade e controle

5.7 Métodos de ativação

5.7.1 OTAA — Over-The-Air Activation (recomendado)

  • Dispositivo solicita ingresso na rede

  • Chaves de sessão são geradas dinamicamente

  • Maior segurança

✔️ Padrão recomendado no Brasil

5.7.2 ABP — Activation By Personalization

  • Chaves configuradas manualmente

  • Não há join

  • Menor segurança

⚠️ Uso restrito a casos específicos

5.8 Classes de dispositivos

O LoRaWAN define três classes de dispositivos:

Classe A (obrigatória)

  • Menor consumo de energia

  • Downlink apenas após uplink

  • Ideal para sensores a bateria

✔️ Classe mais usada no Brasil

Classe B

  • Janelas de recepção adicionais

  • Requer sincronização por beacons

  • Maior consumo

Uso típico:

  • Medição com horários fixos

Classe C

  • Receptor quase sempre ligado

  • Baixa latência de downlink

  • Alto consumo

Uso típico:

  • Atuadores alimentados por energia elétrica

5.9 Comunicação uplink e downlink

Uplink

  • Dispositivo → rede

  • Assíncrono

  • Predominante

Downlink

  • Rede → dispositivo

  • Recurso escasso

  • Deve ser usado com cautela

🔎 Nota AU915
O downlink no AU915 utiliza:

  • Canais específicos

  • Maior largura de banda

  • Planejamento cuidadoso para não saturar a rede

Encerramento do Capítulo 5

Neste capítulo você aprendeu:

  • Diferença entre LoRa e LoRaWAN

  • Arquitetura da rede

  • Funções de dispositivos, gateways e servidores

  • Segurança e chaves

  • Métodos de ativação

  • Classes A, B e C

  • Uplink vs downlink

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