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Decodificador LoRaWAN

Analisar e construir pacotes de protocolo LoRaWAN

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Documentação do protocolo LoRaWAN

Visão geral do protocolo LoRaWAN

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) é um protocolo de controle de acesso ao meio (MAC) para redes de área ampla projetado para dispositivos de baixo consumo. Construído sobre a modulação da camada física LoRa, permite comunicação de longo alcance com consumo mínimo de energia. O protocolo é padronizado pela LoRa Alliance e amplamente implantado em cidades inteligentes, monitoramento agrícola, IoT industrial e medição de utilidades.

Estrutura do PHYPayload

Cada pacote LoRaWAN (PHYPayload) consiste em três partes principais: um cabeçalho MAC de 1 byte (MHDR), um payload MAC de comprimento variável e um código de integridade de mensagem de 4 bytes (MIC). O MHDR define o tipo de mensagem e versão do protocolo, enquanto o MIC fornece autenticação e verificação de integridade.

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 mensagens

LoRaWAN suporta vários tipos de mensagens para diferentes propósitos. Join Request e Join Accept lidam com a ativação de dispositivos (OTAA). Mensagens de dados transportam payloads de aplicação e podem ser confirmadas (exigindo confirmação) ou não confirmadas. Mensagens proprietárias permitem extensões específicas do fornecedor.

MType Binary Description
0000x00Solicitação de adesão
0010x20Aceitação de adesão
0100x40Dados não confirmados uplink
0110x60Dados não confirmados downlink
1000x80Dados confirmados uplink
1010xA0Dados confirmados downlink
1100xC0Solicitação de re-adesão
1110xE0Proprietário

Formato do payload MAC

Para mensagens de dados, o payload MAC contém um cabeçalho de frame (FHDR), uma porta de frame opcional (FPort) e o payload de frame criptografado (FRMPayload). O FHDR inclui o endereço do dispositivo, byte de controle de frame, contador de frame e comandos MAC opcionais (FOpts).

Modelo de segurança

LoRaWAN emprega criptografia AES-128 com duas chaves de sessão: NwkSKey para segurança em nível de rede (cálculo MIC, criptografia de comandos MAC) e AppSKey para criptografia de payload em nível de aplicação. Esta arquitetura de chave dupla garante que operadores de rede não possam acessar dados de aplicação.

Cálculo do tempo no ar

O tempo no ar representa a duração real da transmissão RF. Depende do fator de espalhamento (SF), largura de banda (BW), taxa de codificação (CR), tamanho do payload e configuração do cabeçalho. O cálculo preciso do tempo no ar é essencial para conformidade com o ciclo de trabalho em bandas ISM e planejamento de capacidade de rede.

Parâmetros regionais

LoRaWAN opera em diferentes frequências conforme a região. EU868 usa 868 MHz com ciclo de trabalho de 1%, US915 usa 902-928 MHz com salto de frequência, AS923 atende mercados da Ásia-Pacífico e AU915 cobre a Austrália. Cada região especifica canais obrigatórios, taxas de dados e restrições regulatórias.

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