LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) je bezdrátový síťový protokol navržený speciálně pro Internet věcí (IoT). Spadá do kategorie technologií LPWAN (Low-Power Wide-Area Network), což znamená, že je optimalizován pro přenos dat na extrémně dlouhé vzdálenosti při minimální spotřebě elektrické energie.

Protokol je spravován neziskovým sdružením LoRa Alliance. Zatímco samotné slovo LoRa označuje fyzickou vrstvu (způsob modulace rádiového signálu), LoRaWAN definuje vyšší komunikační vrstvy – tedy to, jak jsou data strukturována, jak se zařízení autentizují a jak síť spravuje rádiové kanály.

Síť LoRaWAN využívá hvězdicovou topologii (přesněji star-of-stars). Na rozdíl od mesh sítí (jako je Zigbee) spolu koncová zařízení nekomunikují navzájem, ale posílají data přímo na základnové stanice.

Celá architektura se skládá ze čtyř základních prvků:

• Koncové uzly (End Devices): Samotné senzory a měřicí zařízení (např. teploměry, GPS trackery, chytré vodoměry).
• Brány (Gateways / Základnové stanice): Přijímají rádiový signál z koncových uzlů a přeposílají ho přes běžný internet (Ethernet, Wi-Fi, 4G/5G) na centrální server. Jedna brána dokáže obsloužit tisíce zařízení.
• Síťový server (Network Server): Mozek celé sítě. Filtruje duplicitní pakety (pokud zprávu zachytilo více bran), řídí bezpečnost (šifrování) a plánuje odpovědi zařízením.
• Aplikační server (Application Server): Zde se scházejí čistá dešifrovaná data, která jsou následně interpretována uživateli v aplikacích nebo dashboardech.

• Dlouhý dosah: V otevřeném terénu dosahuje signál běžně vzdálenosti 10 až 15 km, v městské zástavbě s vysokou hustotou překážek se pohybuje kolem 2 až 5 km.
• Extrémně nízká spotřeba: Zařízení většinu času „spí“ v režimu hlubokého spánku. Probudí se pouze na zlomek sekundy, odešlou data a opět usnou. Díky tomu dokážou běžet na jednu baterii 5 až 10 let.
• Vysoká prostupnost budovami: Použité sub-GHz frekvence mají skvělou schopnost šířit se skrze zdi a beton. LoRaWAN senzory tak fungují i v suterénech nebo šachtách.
• Bezlicenční pásmo: Funguje ve volných frekvenčních pásmech (v Evropě 868 MHz, v USA 915 MHz). Za provoz sítě se neplatí žádné poplatky operátorům a kdokoli si může postavit vlastní privátní síť.

• Velmi nízká datová rychlost: Přenosová rychlost se pohybuje od 290 bps do 50 kbps. Protokol je stavěný na posílání malých zpráv (např. „Teplota: 21.5 °C“), nikoliv pro přenos hlasu, webových stránek nebo videa.
• Omezení vysílacího času (Duty Cycle): Jelikož se vysílá v bezlicenčním pásmu, platí zde přísná pravidla, aby se zařízení navzájem nerušila. V Evropě smí každé zařízení vysílat maximálně po dobu 1 % času (Duty Cycle reglamentace). V praxi to znamená, že senzor může poslat krátkou zprávu např. jednou za 5 až 15 minut.
• Zpoždění (Latence): LoRaWAN není vhodná pro aplikace vyžadující okamžitou reakci v řádu milisekund.

Podle toho, jak zařízení pracují s energií a jak přijímají data ze serveru, se dělí do tří tříd:

Bezpečnost je v LoRaWAN integrována přímo na úrovni protokolu a využívá silné šifrování AES-128. Každá komunikace je šifrována na dvou nezávislých úrovních:

1. **NwkSKey (Network Session Key):** Klíč, který ověřuje identitu zařízení v síti a zajišťuje, že se zprávou nikdo po cestě nemanipuloval.
2. **AppSKey (Application Session Key):** Klíč, který šifruje samotný obsah zprávy (payload). Síťový server ani provozovatel brány tak nevidí, jaká reálná data senzor posílá – dešifrovat je dokáže až koncový aplikační server uživatele.

Související články:

• Internet věcí (IoT) a přehled bezdrátových sítí
• Protokol MQTT a jeho srovnání s LoRaWAN
• IPv6 v kontextu Internetu věcí

Tagy: iot networking wireless lpwan lora lorawan 868mhz