LoRaWAN: de un enlace de radio a una red

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) es un protocolo construido sobre LoRa para redes IoT de bajo consumo y área amplia. LoRa define cómo se modula la señal de radio; LoRaWAN añade la red a su alrededor: gateways, un servidor de red, gestión de dispositivos y seguridad. Mientras que LoRa por sí solo es un enlace punto a punto, LoRaWAN permite que miles de dispositivos envíen datos a una plataforma a través de gateways compartidos.

Arquitectura

• Dispositivos finales: sensores y PLCs con radio LoRa que envían mensajes pequeños (uplinks) y pueden recibir algunos (downlinks).
• Gateways: reciben los mensajes de todos los dispositivos que tienen al alcance y los reenvían por IP (Ethernet, Wi-Fi o red móvil) al servidor de red. Forman una topología en estrella: los dispositivos hablan con los gateways, no entre sí.
• Servidor de red: elimina duplicados, comprueba la seguridad y gestiona la red (por ejemplo, la adaptación de la velocidad de datos).
• Servidor de aplicaciones: recibe los datos decodificados de tus dispositivos y los entrega a tu plataforma (SCADA, base de datos, dashboard), por ejemplo mediante MQTT o HTTP.

El servidor de red puede ser una red comunitaria pública como The Things Network, un operador comercial o tu propia red privada (por ejemplo, con ChirpStack, de código abierto). En instalaciones industriales se suele preferir una red privada, porque los datos y la disponibilidad quedan bajo tu control.

Clases de dispositivo

• Clase A: el dispositivo abre dos ventanas de recepción cortas solo después de enviar. Es la clase de menor consumo y la admiten todos los dispositivos.
• Clase B: añade ventanas de recepción en momentos programados, sincronizadas por una baliza (beacon) del gateway.
• Clase C: el dispositivo escucha casi todo el tiempo. Recibe los downlinks con baja latencia, pero necesita alimentación de red.

Seguridad

LoRaWAN usa cifrado AES-128 con dos claves de sesión: una autentica el dispositivo ante la red y otra cifra los datos de aplicación de extremo a extremo, de modo que el operador de la red no puede leerlos. Un dispositivo se une a la red con OTAA (over-the-air activation, que genera claves de sesión nuevas en cada unión y es el método recomendado) o con ABP (activation by personalisation, con claves fijas). Trata las claves del dispositivo como credenciales: no las publiques y usa un juego de claves distinto para cada dispositivo.

Límites que debes tener en cuenta en el diseño

• El payload máximo por mensaje depende de la velocidad de datos y de los parámetros regionales, y puede bajar a unos 50 bytes con el mayor alcance.
• Las normas regionales de duty cycle limitan con qué frecuencia puede transmitir un dispositivo.
• LoRaWAN no está pensado para control en tiempo real: úsalo para monitorización y para comandos poco frecuentes.

Las aplicaciones típicas son infraestructuras de smart city, agricultura, monitorización ambiental, telemedida de suministros y seguimiento de activos. Descubre lo que ofrecen los PLCs de Industrial Shields en www.industrialshields.com.