LoRaWAN Gateway

LoRaWAN merupakan protokol komunikasi low power wide area networking (LPWAN) yang bekerja pada protokol Medium Access Control (MAC) yang dirancang sebagai sistem jaringan area luas berdaya rendah dengan kemampuan mengirim data sekitar 50kb/s dengan FSK dan jangkauan komunikasi yang panjang 2-5 KM untuk area yang padat dan 15 km untuk area di pinggiran kota[5].

 LoRaWAN memakai frekuensi band sub-gigahertz ISM tidak berlisensi, seperti 915MHz, 868 MHz, 433MHz, yang bergantung pada wilayah pengguna. Sehingga user yang menggunakan tidak perlu untuk membayar dan mengajukan permohonan lisensi. LoRaWAN dikembangkan berdasarkan modulasi LoRa itu sendiri, dengan jarak komunikasi yang jauh dan konsumsi daya saat operasional yang rendah menjadikan solusi ideal yang digunakan dalam IoT untuk area yang begitu luas[1][4].

Jaringan LoRaWAN gateway diatur menggunakan topologi bintang, di mana node gateway menyampaikan pesan antara perangkat akhir dan server jaringan pusat di mana ini memungkinkan untuk memantau data dari ribuan node dengan cara yang dapat dikelola dan terorganisir dengan baik[5].

 Arsitektur LoRaWAN terdiri dari beberapa komponen utama:

1. End-node(titik akhir) itu biasanya lora yang dihubungkan dengan sensor

2. Gateway

3. Server Jaringan

4. Server aplikasi

Ini dapat di ilustrasikan sebagai berikut:

Gambar 1. dasar Arsitektur LoRaWAN.

Pada gambar diatas N atau loRaWAN node merupakan End-node yang terhubung langsung dengan berbagai sensor, data dari sensor akan dikirim melalui melalui hub lora dan akan diteruskan ke LoRaWAN Gateway(G). LoRaWAN gateway berfungsi sebagai penghubung antara end-node dengan server jaringan melalui jaringan WIFI atau Ethernet sehingga user application atau server aplikasi dapat digunakan sebagai pemantauan dari sensor tersebut. Fungsi Utama dari LoRaWAN gateway adalah meneruskan paket[2].

Jaringan LoRawan mendefinisikan tiga jenis perangkat dengan kemampuan yang berbeda

1. Kelas A

2. Kelas B

3. Kelas C

Kelas A: Perangkat membuat dua jendela penerima pesan setelah setiap pesan dikirim, akses yang digunakan ALOHA murni untuk uplink. Transmisi downlink hanya diizinkan setelah transmisi uplink berhasil, jendela penerima kedua dinonaktifkan saat lalu lintas downlink diterima oleh perangkat akhir di jendela pertama. Kelas A merupakan kelas perangkat LoRaWAN dengan konsumsi daya paling rendah.

Gambar 2. Bentuk Transmisi untuk node kelas A.

Kelas B: dibuat untuk keperluan aplikasi dengan kebutuhan lalu lintas downlink tambahan. Perangkat ini disinkronkan menggunakan beacon periodik yang dikirim oleh gateway untuk penjadwalan jendela penerima tambahan untuk lalu lintas downlink tanpa menunggu transmisi uplink berhasil. Ini merupakan solusi untuk berkomunikasi dua arah antara node dan jaringan dengan kosumsi daya yang terbatas.

Gambar 3. Bentuk Transmisi untuk node kelas B.

Kelas C: pada kelas ini daya yang digunakan relatif besar dikarenakan node terus beroperasi dalam mode terima atau kirim.

Gambar4. Bentuk Transmisi untuk node kelas C

Dalam gambar di atas TX merupakan simbol saat mengirim data dan Rx menerima data, T merupakan delay yang dibutuhkan saat sudah mengirim data atau menerima data, sedangkan Tb merupakan pembukaan pada interval waktu tertentu[4].

Dalam penggunaan LoRAWAN Gateway perlu menentukan bagaimana end-node dapat bergabung dengan jaringan, bisa menggunakan OTAA atau personalisasi (ABP) masing-masing punya fungsinya sendiri, penggunaan ABP memungkinkan perangkat end-node terhubung tanpa perlu memasuki prosedur bergabung ini menanamkan devAddr dan kunci sesi disimpan dalam end-node. OTAA memerlukan prosedur bergabung dengan jaringan LoRaWAN yang menyediakan root key (kunci root) dalam aktivasi OTAA di mana DevAddr dan kunci sesi tersebut dapat berubah setiap end-node terhubung, kelebihan menggunakan OTAA perangkat end-node dapat berpindah penyedia jaringan dengan mengubah kunci di perangkat atau end-node sedangkan ABP perangkat tidak dapat berpindah penyedia jaringan tanpa mengubah kunci secara manual di perangkat[3].

Referensi:

1. T. Perkovi and L. Duji, “Machine Learning Approach towards LoRaWAN Indoor Localization,” pp. 1–23, 2023.
2. A. I. Petrariu, A. Lavric, and E. Coca, “LoRaWAN Gateway: Design, Implementation and Testing in Real Environment,” SIITME 2019 - 2019 IEEE 25th Int. Symp. Des. Technol. Electron. Packag. Proc., no. October, pp. 49–53, 2019, doi: 10.1109/SIITME47687.2019.8990791.
3. “ABP vs OTAA | The Things Stack for LoRaWAN.” https://www.thethingsindustries.com/docs/devices/abp-vs-otaa/ (accessed Jan. 19, 2023).
4. M. Nowak, R. Różycki, G. Waligóra, J. Szewczyk, A. Sobiesierski, and G. Sot, “Data Processing with Predictions in LoRaWAN,” Energies, vol. 16, no. 1, 2023, doi: 10.3390/en16010411.
5. F. Adelantado, X. Vilajosana, P. Tuset-Peiro, B. Martinez, and J. Melia, “Understanding the limits of LoRaWAN,” Proc. 2016 Int. Conf. Embed. Wirel. Syst. Networks, no. September, pp. 8–12, 2016, [Online]. Available: http://dl.acm.org/citation.cfm?id=2893711.2893802