Introdução

Atualmente, a sociedade em que conhecemos vive em constante mudanças tanto social, quanto tecnológica, o acesso á sabedoria (informação) que já fora dificultoso, se tornou diário e facilitado.

Dessa forma, uma das consequências desse acesso foi a popularização do IOT (Internet das Coisas), em que aparelhos físicos atribuem a capacidade de se comunicar com softwares em cloud, essa "biodiversidade" pode transformar dados diariamente produzidos em informações úteis, e valores para um negócio.

Além disso, o "super poder" do IOT é justamente essa comunicação entre sistemas ao redor do mundo e sistemas em nuvem, e nesse viés uma das mais poderosas formas de conectividade nos dias atuais é o LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) um protocolo de rede que utiliza o LoRa uma tecnologia de comunicação sem fio projetada para dispositivos que enviam poucos dados ao dia, essa tecnologia utiliza baixissimo consumo de energia e um longo alcance entre dispositivos-radio (gateway*).

Exemplo do mundo real: Um sensor de umidade do solo em uma fazenda pode usar LoRa para enviar dados sobre as condições do solo para um servidor central. Com essas informações, um agricultor pode otimizar a irrigação, economizando água e melhorando a produtividade.

GATEWAY: Um dispositivo que atua como ponte entre duas ou maisredes, ele traduz protocolos de comunicação para que dispositivos que usam tecnologias diferentes possam se conectar e trocar informações.

O que é LoRA?

Agora que o tema foi apresentado, e um exemplo que realmente é utilizado na vida real foi exibido, acredito que ficou mais facil para voce entender como LoRa é poderosa, nesse tópico vamos detalhar sobre oque ela é e a diferença entre LoRa e LoRaWAN.(são coisas distintas, não confunda)

Mormente, LoRa ( acrônomo para Long Range) é uma Tecnologia de comunicação para longas distâncias, porém limita-se a camada física / radio LoRa. Dessa forma, quando citamos LoRa, nos referimos á uma comunicaçãp sem fio com uma transmissão broadcast, sendo assim, desde que na mesma frequência de operação, a transmissão de um nó LoRa vai para todos os nós LoRa, todas as informações transmitidas são recebidas por todos os nós no entorno

Exemplo de um Emissor e receptores:
https://www.makerhero.com/wp-content/uploads/2024/08/O-que-e-LoRa_Como-funciona-a-rede-e-protocolo-LoRaWAN-Pedro-Bertoleti-img-blog-1.png.webp

Além disso, no LoRa "puro / padrão" não existe endereçamento, oque isso quer dizer?. Quer dizer que oque ele faz é simplismente transmiti dados em uma grande distância e sem fio.
Entretanto, duas "arma secretas" do LoRa o tornam mais poderoso do que apenas transmitir informações, ele também possui:
1- Alta imunidade a interferências: Possui uma comunicação estável e confiável mesmo em ambientes com elevado nível de interferência.
2- Baixo consumo de energia: É adequado para dispositivos que necessitam de comunicação sem fio com consumo energético mínimo, prolongando a capacidade das baterias.

Outro exemplo de uso do LoRa: O Diretor de Engenharia Helder Cochofel - Formado na Universidade de Florida EUA, comenta sobre como utiliza LoRa em seu dia dia, confira o depoimento:
https://www.youtube.com/watch?v=sHKSx5iwW_g

De forma enxuta, LoRa quer dizer: tecnologia de radiofrequência e canal de comunicação sem fio.

Falando em frequências de operação, o LoRa pode operar em um grande intervalo de frequências sub-GHz, sendo mais utilizado no intervalo que vai de 433MHz até 928MHz, sendo no Brasil a faixa de frequência com frequência central em 915MHz a utilizada.Dessa forma, a escolha da frequência de operação de uma comunicação LoRa varia conforme a aplicação e legislações de telecomunicações no local (país) onde a comunicação deve ocorrer.

O que é LoRaWAN?

O termo LoRaWAN refere-se á um protocolo de comunicação, que utiliza dos "poderes" do LoRa como transmissor de comunicação sem fio. Ele é um padrão livre, o qual permite formar uma rede completa, com endereçamento de end-devices*, gateway, mecanismos anti-colisão de pacotes, etc. Vale dizer que esse protocolo eleva o poder po LoRA em "mais de 8000", pois também implementa detlahes de funcionamento e segurança de rede.

End-devices:São os dispositivos que estão na ponta da rede e se comunicam com um servidor ou gateway para enviar e receber dados. Eles são os responsáveis por coletar ou atuar sobre informações no ambiente.

Referente á infraestrutura exigida para o funcionamento do LoRaWAN, além dos end-devices, é preciso um ou mais gateway LoRaWAN, nesse protocolo dois dispositivos end-devices nunca se comunicam diretamente, apenas com um ou mais gateways LoRaWAN, que atuam como intermediadores no envio e recepção das informações entre os dispositivos.

Exemplo em imagem que retrata o funcionamento do protocolo LoRaWAN:
https://www.robocore.net/upload/tutoriais/283_img_3_H.png

Comparando LoRa e LoRaWAN

De forma descomplicada,é como se LoRa exercesse o papel das asas de um avião e o LoRaWAN o motor. O motor, utilizando as asas, pode fazer com que o avião voe de forma a ter seu movimento controlado. As asas, embora não sejam exatamente quem produz a força motriz do avião, são necessárias para o motor poder desempenhar seu papel. Sem as asas, o motor nada faria no quesito movimentação. Logo, o rádio LoRa tem a função de ser o canal de comunicação para o LoRaWAN.

Como funciona a rede LoRaWAN? Conclusão
O inicio se dá com os dispositivos LoRaWAN em campo, chamados de End-Devices LoRaWAN, estes aparelhos enviam (uplink) e recebem (downlink) mensagens dos gateways LoRaWAN, utilizando como canal de comunicação o rádio LoRa.

Com isso, os gateways que captaram a mensagem de uplink, direcionam tais mensagens para os servidores referentes à infraestrutura LoRaWAN, os quais tratam a mensagem conforme descrito abaixo:

Network Server: É responsável por gerenciar a rede de comunicação entre os End-Devices e as aplicações finais. Ele é responsável por autenticar dispositivos, coordenar o roteamento de mensagens, eliminar mensagens duplicadas (recebidas por dois ou mais gateways LoRaWAN localizados no entorno do End-Device LoRaWAN) e assegurar a segurança e integridade dos dados transmitidos. Além disso, o Network Server é responsável pela adaptação das taxas de transferência de dados (Data Rate) e pela gestão de frequências e canais de rádio em uso.

Application Server: Se encarrega de processar os dados recebidos dos End-Devices LoRaWAN, interpretando e encaminhando-os para aplicações finais. Ele também envia comandos de volta aos dispositivos e pode executar lógicas referentes a aplicações específicas. Ainda, gerencia a segurança dos dados na camada de aplicação.

Join Server: Atua na gerencia do processo de autenticação e ativação dos End-Devices LoRaWAN na rede. Quando se usa o método de ativação OTAA, este servidor é responsável por autenticar dispositivos a partir da geração das chaves de sessão necessárias para a comunicação segura.
Se o dispositivo que mandou a mensagem for autenticado e a mensagem for corretamente tratada, a mensagem é então direcionada à aplicação final, como uma plataforma IoT, por exemplo.

Obrigado por ler até aqui, comentários e sugestões sobre o assunto são sempre bem vindos, bons estudos!.