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Decodificador LoRaWAN

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Documentación del protocolo LoRaWAN

Visión general del protocolo LoRaWAN

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) es un protocolo de control de acceso al medio (MAC) para redes de área amplia diseñado para dispositivos de bajo consumo. Construido sobre la modulación de capa física LoRa, permite comunicación de largo alcance con consumo mínimo de energía. El protocolo está estandarizado por la LoRa Alliance y ampliamente desplegado en ciudades inteligentes, monitoreo agrícola, IoT industrial y medición de servicios públicos.

Estructura del PHYPayload

Cada paquete LoRaWAN (PHYPayload) consta de tres partes principales: un encabezado MAC de 1 byte (MHDR), una carga útil MAC de longitud variable y un código de integridad de mensaje de 4 bytes (MIC). El MHDR define el tipo de mensaje y versión del protocolo, mientras que el MIC proporciona autenticación y verificación de integridad.

MHDR
1 byte
|
DevAddr
4 bytes
|
FCtrl
1 byte
|
FCnt
2 bytes
|
FOpts
0-15 bytes
|
FPort
0-1 byte
|
FRMPayload
N bytes
|
MIC
4 bytes

Tipos de mensajes

LoRaWAN soporta varios tipos de mensajes para diferentes propósitos. Join Request y Join Accept manejan la activación de dispositivos (OTAA). Los mensajes de datos transportan cargas útiles de aplicación y pueden ser confirmados (requiriendo acuse de recibo) o no confirmados. Los mensajes propietarios permiten extensiones específicas del proveedor.

MType Binary Description
0000x00Solicitud de unión
0010x20Aceptación de unión
0100x40Datos no confirmados ascendentes
0110x60Datos no confirmados descendentes
1000x80Datos confirmados ascendentes
1010xA0Datos confirmados descendentes
1100xC0Solicitud de re-unión
1110xE0Propietario

Formato de carga útil MAC

Para mensajes de datos, la carga útil MAC contiene un encabezado de trama (FHDR), un puerto de trama opcional (FPort) y la carga útil de trama cifrada (FRMPayload). El FHDR incluye la dirección del dispositivo, byte de control de trama, contador de trama y comandos MAC opcionales (FOpts).

Modelo de seguridad

LoRaWAN emplea cifrado AES-128 con dos claves de sesión: NwkSKey para seguridad a nivel de red (cálculo MIC, cifrado de comandos MAC) y AppSKey para cifrado de carga útil a nivel de aplicación. Esta arquitectura de doble clave asegura que los operadores de red no puedan acceder a datos de aplicación.

Cálculo de tiempo en aire

El tiempo en aire representa la duración real de transmisión RF. Depende del factor de dispersión (SF), ancho de banda (BW), tasa de codificación (CR), tamaño de carga útil y configuración del encabezado. El cálculo preciso del tiempo en aire es esencial para el cumplimiento del ciclo de trabajo en bandas ISM y la planificación de capacidad de red.

Parámetros regionales

LoRaWAN opera en diferentes frecuencias según la región. EU868 usa 868 MHz con ciclo de trabajo del 1%, US915 usa 902-928 MHz con salto de frecuencia, AS923 sirve mercados de Asia-Pacífico y AU915 cubre Australia. Cada región especifica canales obligatorios, tasas de datos y restricciones regulatorias.

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