Konsep LoRaWAN

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) adalah protokol jaringan nirkabel yang dirancang untuk komunikasi jarak jauh dengan konsumsi daya rendah. Teknologi ini banyak digunakan dalam aplikasi Internet of Things (IoT), seperti pemantauan sensor, pelacakan aset, smart city, dan pertanian cerdas.

Komponen Utama LoRaWAN

1. Perangkat End-Node (Sensor/Device)

• Mengumpulkan data dari lingkungan (contoh: suhu, kelembapan, atau lokasi).
• Mengirimkan data secara berkala melalui modul radio LoRa ke gateway.

2. Gateway

• Bertindak sebagai penerima sinyal dari banyak end-node.
• Meneruskan data ke network server melalui koneksi internet (Wi-Fi, Ethernet, atau seluler) tanpa pemrosesan.

3. Network Server

• Mengelola perangkat, otentikasi, dan routing data ke aplikasi.
• Melakukan penghapusan data duplikat, pengaturan sesi komunikasi, dan pengelolaan perangkat.

4. Application Server

• Tempat data akhirnya diproses dan digunakan.
• Misalnya, menampilkan data di dashboard, menyimpan ke database, atau memicu notifikasi.

Cara Kerja LoRaWAN

1. Perangkat end-node mengirimkan data melalui modul LoRa menggunakan teknik chirp spread spectrum (CSS).
2. Data diterima oleh satu atau lebih gateway terdekat.
3. Gateway meneruskan data ke network server melalui internet.
4. Network server memvalidasi dan mengelola data sebelum mengarahkannya ke application server.
5. Application server memproses data untuk ditampilkan atau digunakan lebih lanjut.

Kelebihan dan Kekurangan LoRaWAN

Kelebihan:

• Jarak Jauh: Mencapai 10-15 km di area terbuka dan 2-5 km di area perkotaan.
• Konsumsi Daya Rendah: Baterai perangkat bisa bertahan hingga bertahun-tahun.
• Biaya Rendah: Menggunakan spektrum bebas lisensi (ISM band).
• Kapasitas Besar: Mendukung ribuan perangkat dalam satu jaringan.

Kekurangan:

• Kecepatan Data Rendah: Maksimal sekitar 50 kbps, cocok untuk data kecil.
• Delay Tinggi: Tidak cocok untuk aplikasi real-time.
• Terbatas pada Data Asinkron: Lebih optimal untuk pengiriman data periodik.

Teknologi di Balik LoRaWAN

1. Lapisan Fisik: LoRa

LoRa menggunakan modulasi Chirp Spread Spectrum (CSS) yang memungkinkan komunikasi jarak jauh dengan daya rendah.

A. Frekuensi ISM (Industrial, Scientific, and Medical)

• Eropa: 868 MHz
• Amerika Utara: 915 MHz
• Indonesia: 923 MHz

B. Kecepatan Data (Data Rate):

• 0,3 kbps hingga 50 kbps, tergantung pada Spreading Factor (SF).
• SF7-SF12: Semakin tinggi SF, semakin jauh jangkauan tetapi semakin lambat transfer data.

2. Lapisan Jaringan: LoRaWAN Protocol

LoRaWAN bekerja dalam topologi star-of-stars, di mana end-node berkomunikasi dengan gateway, dan gateway terhubung ke network server melalui internet.

Komponen Utama:

A. End-Node (Perangkat Sensor):

• Menggunakan modul radio LoRa untuk mengirim data sensor.
• Menghemat daya dengan mode sleep dan hanya aktif saat mengirim data.

B. Gateway:

• Menerima data dari end-node dan meneruskannya ke network server.
• Bekerja secara pasif tanpa memproses data.

C. Network Server:

• Mengelola otentikasi perangkat menggunakan OTAA (Over-The-Air Activation) atau ABP (Activation By Personalization).
• Menghapus data duplikat dari beberapa gateway.

D. Application Server:

• Mengolah data mentah menjadi informasi yang bisa digunakan.

3. Tipe Kelas Perangkat LoRaWAN

A. Kelas A (Bi-Directional):

• Paling hemat daya.
• Hanya menerima downlink setelah mengirim uplink.

B. Kelas B (Bi-Directional dengan Beacon):

• Membuka jendela downlink pada interval tertentu.
• Sinkronisasi waktu menggunakan beacon dari gateway.

C. Kelas C (Bi-Directional Terus-Menerus):

• Mendengarkan downlink hampir sepanjang waktu.
• Menggunakan daya lebih besar, cocok untuk perangkat dengan sumber daya listrik tetap.

4. Arsitektur dan Aliran Data LoRaWAN

Data Uplink:

• End-node mengirim data ke gateway terdekat.
• Gateway meneruskan data ke network server melalui internet.

Data Downlink:

• Network server mengirim perintah atau pembaruan ke end-node melalui gateway.

5. Keamanan LoRaWAN

LoRaWAN menggunakan enkripsi AES-128 di dua level:

• Enkripsi Jaringan: Melindungi data selama transmisi ke network server.
• Enkripsi Aplikasi: Menjamin keamanan data dari end-node hingga application server.

6. Implementasi Praktis LoRaWAN

Perangkat Keras yang Dibutuhkan:

• End-Node: Menggunakan microcontroller atau end node yang sudah siap install seperti Dragino RS485-LN.
• Gateway: Dragino LG308 atau Dragino LPS8 yang mendukung koneksi ke The Things Network (TTN) atau server lokal.
• Server: Menggunakan layanan cloud seperti The Things Network (TTN) atau server lokal dengan ChirpStack.

Contoh Alur Implementasi:

Setup Perangkat End-Node:

• Program microcontroller untuk membaca sensor dan mengirim data melalui LoRa.
• Konfigurasi frekuensi, Spreading Factor (SF), dan daya pancar sesuai dengan kebutuhan.

Konfigurasi Gateway:

• Menghubungkan gateway Dragino ke internet melalui Wi-Fi atau Ethernet.
• Menyambungkan gateway dengan network server (contoh: TTN atau ChirpStack).

Pengaturan Network Server:

• Mendaftarkan perangkat di platform seperti TTN atau ChirpStack.

Dengan memahami konsep, arsitektur, dan implementasi LoRaWAN menggunakan perangkat Dragino, kita dapat memanfaatkannya dalam berbagai aplikasi IoT yang membutuhkan komunikasi jarak jauh dan hemat daya.

Contoh Konfigurasi Perangkat LoRaWAN Dragino :

(Autor : Suparli)