LoRaWAN پروتکل دسترسی به رسانه (MAC) برای شبکه های گسترده ای است. این پروتکل به دستگاه های کم قدرت اجازه می دهد تا با برنامه های مرتبط با اینترنت ارتباط برقرار کنند. LoRaWAN را می توان به لایه دوم و سوم مدل OSI مرتبط کرد. این پروتکل در بالای پردازش LoRa یا FSK در باند های رادیویی صنعتی، علمی و پزشکی (ISM) اجرا می شود. پروتکل LoRaWAN توسط LoRa Alliance تعریف شده.

LoRaWAN شبکه گسترده ای از شبکه های گسترده (LPWAN) است که برای اتصال دستگاه های آیوتی و سنسورها برای راه اندازی انبوه توسعه یافته است. LoRa برای توسعه دستگاه های آیوتی طول عمر باطری را در محدوده چندین سال توسعه داده است، در حالی که یک شبکه LoRa طیف وسیعی از آن را گسترش داده و برای اعمال هزینه های موثر است.

معماری

• End Device، Node، Mote : یک شی با یک دستگاه ارتباطی جاسازی شده کم قدرت.
• gateway: آنتن هایی که برنامه های پخش را از end deviceها دریافت می کنند و داده های برگشت شده را مجددا به end deviceها ارسال می کنند.
• Network Server: سرورهایی که مسیر پیام ها را از End Devices به سمت راست برنامه و بازگشت می دهند.
• برنامه: یک قطعه نرم افزاری است که بر روی سرور اجرا می شود.
• پیام Uplink: یک پیام از یک دستگاه به یک برنامه.
• پیام Downlink: یک پیام از یک برنامه به یک دستگاه.

گروه های فرکانس

LoRaWAN در طیف رادیویی بدون مجوز فعالیت می کند. این بدان معنی است که هر کسی می تواند از فرکانس های رادیویی بدون نیاز به پرداخت هزینه های میلیون دلاری برای حقوق انتقال استفاده کند. این شبیه به WiFi است، که از باند های 2.4GHz و 5GHz ISM در سراسر جهان استفاده می کند. هر کسی مجاز است روتر WiFi را تنظیم کند و سیگنال های WiFi را بدون نیاز به مجوز یا اجازه انتقال دهد.

LoRaWAN از فرکانس های رادیویی پایین با محدوده طولانی استفاده می کند. حقیقت این است که فرکانس ها دارای دامنه ی طولانی تر نیز با محدودیت های بیشتری هستند که اغلب متعلق به کشوری خاص است. این یک چالش برای LoRaWAN است که تلاش می کند تا در همه مناطق مختلف جهان به همان اندازه یکسان باشد. در نتیجه LoRaWAN برای تعدادی از باندها برای این مناطق مشخص شده است. این باند ها به اندازه کافی مشابه هستند اما پیامدهای متعددی برای اجرای سیستم های Backend دارند.

LoRaWAN دارای مشخصات منطقه ای رسمی، به نام پارامترهای منطقه ای است که می توانید آن را از وب سایت LoRa Alliance دانلود کنید.

این مشخصات منطقه ای LoRaWAN همه چیز را مشخص نمی کند. آنها تنها با مشخص کردن نام مشترک، منطقه را پوشش می دهند. به عنوان مثال، پارامترهای منطقه ای LoRaWAN برای آسیا فقط یک زیر مجموعه مشترک از کانال ها را مشخص می کنند، اما بین مقررات در کشورهای آسیایی اختلاف وجود دارد. علاوه بر این، هر اپراتور سرور شبکه  برای انتخاب پارامترهای اضافی، مانند کانال های انتشار اضافی آزاد است. به این پارامترها فرکانس گفته می شوند.

مدولاسیون و سرعت داده

• در اغلب موارد LoRaWAN از مدولاسیون LoRa استفاده می کند. مدولاسیون LoRa براساس تکنولوژی Spiral Spectrum Chirp است که کارایی آن را با نویز کانال، محو شدن چند لایه و اثر داپلر حتی در کم بودن قدرت کار می کند.
• سرعت داده بستگی به پهنای باند مورد استفاده و عامل گسترش دارد. LoRaWAN می تواند کانال های با پهنای باند 125KHz، 250KHz یا 500KHz را بسته به منطقه یا فرکانس برنامه استفاده کند. عامل گسترش توسط end-device انتخاب شده و تاثیر گذار بر زمان انتقال یک قاب می باشد.

آدرس دهی

دستگاه ها و برنامه های کاربردی یک شناسه ی اختصاصی 64 بیتی (DevEUI و AppEUI) دارند. هنگامی که یک دستگاه به شبکه پیوست، یک آدرس 32 بیتی پویا (غیر منحصر به فرد) (DevAddr) دریافت می کند.

امنیت

LoRaWAN 1.0 دارای سه کلید امنیتی 128 بیتی متمایز است. کلید AppKey تنها توسط دستگاه و برنامه کاربردی شناخته شده است. وقتی یک دستگاه به شبکه وصل می شود، یک کلید جلسه برنامه کاربردی AppSKey و یک کلید جلسه شبکه NwkSKey تولید می شود. NwkSKey با شبکه به اشتراک گذاشته شده است، در حالی که AppSKey خصوصی است. این کلیدهای جلسه برای مدت زمان جلسه استفاده خواهد شد.

الگوریتم مورد استفاده برای این AES-128، مشابه الگوریتم مورد استفاده در استاندارد 802.15.4 است. NwkSKey برای اعتبار یکپارچگی هر پیام توسط کد یکپارچه پیام (MIC) مورد استفاده قرار می گیرد. این MIC شبیه به یک کلماتی است، به جز اینکه از دستکاری عمدی با یک پیام جلوگیری می کند. برای این، LoRaWAN از AES-CMAC استفاده می کند. AppSKey برای رمزگذاری استفاده از پرونده استفاده می شود.

شمارنده قاب

شمارنده های قاب از پخش حملاتی که مهاجم یک پیام قبلی را منتقل می کند جلوگیری می کند. برای جلوگیری از این، شبکه و دستگاه باید هر دو پیام هایی را که حاوی یک شمارنده فریم است که کمتر از شمارنده مورد انتظار رد می شود رد کند.

دستورات MAC

سرور شبکه و دستگاه می توانند مدیریت مرتبط با شبکه را با استفاده از دستورات MAC انجام دهند. خصوصیات LoRaWAN تعدادی از دستورات را مشخص می کند که می تواند در نسخه های آینده LoRaWAN گسترش یابد یا با دستورات اختصاصی گسترش یابد. دستورالعمل هایی برای بررسی اتصال وجود دارد، تقاضای وضعیت یک دستگاه، تطبیق سرعت داده ها از یک دستگاه و تغییر تنظیمات کانال وجود دارد.