LoRaWAN (Long Range Wide Area Network), IoT dünyasının en güçlü kablosuz iletişim protokollerinden biridir. Düşük güç tüketimi, uzun menzil ve düşük maliyet avantajlarıyla akıllı tarım, enerji izleme, akıllı şehir ve endüstriyel IoT projelerinin temel altyapısını oluşturur. Bu kapsamlı rehberde, LoRaWAN ağ mimarisinden network server kurulumuna, gateway seçiminden güvenlik protokollerine kadar tüm teknik detayları bulacaksınız.
LoRaWAN Nedir ve Nasıl Çalışır?
LoRaWAN, Semtech’in LoRa (Long Range) radyo modülasyon teknolojisi üzerine kurulu, LoRa Alliance tarafından standartlaştırılmış bir LPWAN (Low Power Wide Area Network) protokolüdür. 2015’ten bu yana dünya genelinde milyonlarca cihazda kullanılmaktadır.
LoRaWAN vs Diğer LPWAN Teknolojileri
LoRaWAN, Sigfox ve NB-IoT gibi diğer LPWAN teknolojilerinden farklı avantajlar sunar:
- Lisanssız frekans: ISM bandında çalışır, operatör bağımsızdır
- Özel ağ kurulumu: Kendi gateway ve network server’ınızı kurabilirsiniz
- Çift yönlü iletişim: Downlink mesajları ile cihaz kontrolü mümkündür
- Açık ekosistem: Yüzlerce üreticiden gateway ve sensör seçeneği
- Ölçeklenebilirlik: Tek gateway ile binlerce cihaz yönetimi
LoRa Modülasyon Tekniği
LoRa, Chirp Spread Spectrum (CSS) modülasyon tekniğini kullanır. Sinyal geniş bir frekans bandına yayılarak gürültü ve girişime karşı dayanıklılık sağlar. Bu sayede -137 dBm’e kadar düşük sinyal güçlerinde bile güvenilir iletişim mümkün olur.
- Spreading Factor (SF): SF7-SF12 arası, menzil/hız dengesi
- Bandwidth: 125 kHz, 250 kHz veya 500 kHz
- Coding Rate: 4/5 ile 4/8 arası hata düzeltme
LoRaWAN'ın Temel Özellikleri Nelerdir?
LoRaWAN’ın öne çıkan özellikleri, onu özellikle uzak lokasyonlardaki IoT uygulamaları için ideal kılar. İşte temel teknik özellikler:
Menzil ve Kapsama
LoRaWAN’ın en dikkat çekici özelliği uzun menzilidir:
- Açık alan: 15-20 km (görüş hattı ile)
- Kentsel alan: 2-5 km (binalar arasında)
- Bina içi: 1-2 km (duvarlara penetrasyon)
- Yer altı: Bodrum, mağara gibi zorlu ortamlarda bile çalışır
Pil Ömrü
Class A modunda çalışan bir sensör, AA pil ile 5-10 yıl çalışabilir. Bu, özellikle erişimi zor lokasyonlardaki sensörler için kritik bir avantajdır. Pil ömrünü etkileyen faktörler:
- Mesaj gönderim sıklığı (uplink interval)
- Payload boyutu ve airtime
- Spreading factor (SF arttıkça tüketim artar)
- TX gücü ayarı
- Sensör ölçüm frekansı
Kapasite ve Ölçeklenebilirlik
Tek bir 8 kanallı gateway, trafik yönetimi ve ADR (Adaptive Data Rate) ile 1000-5000 cihaz arasında destekleyebilir. Daha yüksek yoğunluk için birden fazla gateway ile kapsama alanı örtüştürülebilir.
LoRaWAN Ağ Mimarisi Nasıl Yapılandırılmıştır?
LoRaWAN ağ mimarisi, yıldız-yıldız (star-of-stars) topolojisinde organize edilmiştir. Bu mimari, ölçeklenebilirlik ve merkezi yönetim avantajları sağlar.
Mimari Bileşenler
LoRaWAN Ağ Mimarisi
Yıldız-yıldız (star-of-stars) topolojisi
End Node
Uç Cihazlar
LoRa modüllü sensörler ve aktüatörler. Veri toplama ve kontrol.
Gateway
Ağ Geçidi
LoRa RF sinyallerini IP paketlerine çevirir. Packet Forwarder.
Network Server
Ağ Sunucusu
MAC layer yönetimi, cihaz kimlik doğrulama, ADR, güvenlik.
Application Server
Uygulama Sunucusu
Veri işleme, görselleştirme, alarm yönetimi ve raporlama.
End Node
Uç Cihazlar
LoRa modüllü sensörler ve aktüatörler. Veri toplama ve kontrol.
Gateway
Ağ Geçidi
LoRa RF sinyallerini IP paketlerine çevirir. Packet Forwarder.
Network Server
Ağ Sunucusu
MAC layer yönetimi, cihaz kimlik doğrulama, ADR, güvenlik.
Application Server
Uygulama Sunucusu
Veri işleme, görselleştirme, alarm yönetimi ve raporlama.
Detayları görmek için kutulara tıklayın
Katmanlar ve Rolleri
- End Node (Uç Cihaz): Sensörler, sayaçlar, aktüatörler. LoRa modülü ile gateway’lere veri gönderir.
- Gateway: LoRa RF sinyallerini alır, IP paketlerine çevirir. “Packet forwarder” yazılımı çalıştırır. Akıllı değil, sadece iletir.
- Network Server: MAC layer yönetimi, cihaz kimlik doğrulama, ADR, deduplication, downlink zamanlama.
- Application Server: Payload decode, uygulama mantığı, veri depolama, API sunumu.
Cihaz Sınıfları (Device Classes)
LoRaWAN, farklı enerji ve gecikme gereksinimlerine göre üç cihaz sınıfı tanımlar:
Class A
Kullanım: Sensörler, sayaçlar
Class B
Kullanım: Aktüatörler, vanalar
Class C
Kullanım: Gateway'ler, şarj edilebilir cihazlar
Network Server Nedir ve Nasıl Çalışır?
Network Server (NS), LoRaWAN ağının beynidir. Tüm MAC layer operasyonlarını yönetir, cihaz kimlik doğrulamasını yapar ve veri trafiğini koordine eder.
Network Server’ın Temel Görevleri
- Cihaz Aktivasyonu: OTAA join request/accept işlemleri, session key derivation
- Deduplication: Birden fazla gateway’den gelen aynı mesajın tekrarını önleme
- MAC Komut Yönetimi: ADR, DevStatusReq, LinkCheckReq gibi MAC komutları
- Downlink Zamanlama: Doğru RX penceresinde downlink gönderimi
- Frame Counter Kontrolü: Replay saldırılarını önleme
- Roaming: Farklı ağlar arası geçiş desteği (v1.1+)
ADR (Adaptive Data Rate)
ADR, ağ performansını optimize eden kritik bir özelliktir. Network Server, cihazdan gelen mesajların sinyal kalitesini (RSSI, SNR) analiz ederek optimal spreading factor ve TX gücünü belirler:
- İyi sinyal → Düşük SF → Daha hızlı, daha az airtime, daha az pil tüketimi
- Zayıf sinyal → Yüksek SF → Daha güvenilir, daha uzun menzil
LoRaWAN Altyapı Kurulumunda Yardım mı Lazım?
ChirpStack veya The Things Stack kurulumu, gateway yerleşimi ve ağ optimizasyonu için uzman desteği alın. KKTC ve Türkiye genelinde hizmet veriyoruz.
Endüstriyel IoT HizmetlerimizNetwork Server Seçenekleri Karşılaştırması
Piyasada çeşitli network server çözümleri mevcuttur. Açık kaynak seçeneklerden kurumsal çözümlere kadar geniş bir yelpaze sunulmaktadır. İhtiyaçlarınıza göre doğru seçimi yapmak kritik öneme sahiptir.
Popüler Network Server Çözümleri
| Network Server | Tip | Deployment | Maliyet | En Uygun |
|---|---|---|---|---|
| ChirpStack | Open Source | On-premise / Cloud | Ücretsiz | Tam kontrol, özelleştirme |
| The Things Stack | Open/Commercial | Cloud (TTN) / On-premise | Freemium / Enterprise | Community + Enterprise projeler |
| AWS IoT Core for LoRaWAN | Managed Service | AWS Cloud | Kullanıma göre | AWS ekosistemi entegrasyonu |
| Actility ThingPark | Commercial | Cloud / On-premise | Enterprise lisans | Büyük ölçekli, carrier-grade |
| Loriot | Commercial | Cloud | Abonelik | KOBİ ve hızlı başlangıç |
ChirpStack vs The Things Stack
En popüler iki açık kaynak çözümün karşılaştırması:
- ChirpStack: Tamamen açık kaynak (MIT), self-hosted, yüksek özelleştirme, gRPC API, Docker ile kolay kurulum
- The Things Stack: Community ve Enterprise sürümleri, TTN (The Things Network) ile global community, LoRa Cloud entegrasyonu
Önerimiz: Küçük-orta projeler ve başlangıç için The Things Stack Community, tam kontrol ve özelleştirme için ChirpStack tercih edilebilir.
LoRaWAN Gateway Nasıl Seçilir?
Gateway seçimi, LoRaWAN projenizin başarısı için kritik öneme sahiptir. Kapsama alanı, kapasite, güvenilirlik ve bütçe dengesi gözetilmelidir.
Gateway Kategorileri
Indoor Mini Gateway
Kompakt, kolay kurulum, WiFi/Ethernet
Outdoor Standart Gateway
IP67, harici anten, GPS, 4G backhaul
Carrier Grade Gateway
Yüksek kapasite, redundancy, SLA
Gateway Yerleşimi İpuçları
- Yükseklik: Anten ne kadar yüksekte, kapsama o kadar geniş
- Fresnel Zone: Görüş hattında engel olmamalı
- Backhaul: Ethernet, WiFi, 4G veya fiber bağlantı
- Güç kaynağı: PoE, DC veya güneş paneli
- Koruma sınıfı: Outdoor için IP67 gerekli
Cihaz Yönetimi: OTAA ve ABP
LoRaWAN cihazları ağa iki farklı yöntemle katılabilir: OTAA (Over-The-Air Activation) ve ABP (Activation By Personalization). Her iki yöntemin avantaj ve dezavantajları vardır.
OTAA vs ABP Karşılaştırması
OTAA (Over-The-Air Activation)
ÖnerilenCihaz her açıldığında veya join tetiklendiğinde yeni session key'ler türetilir. DevEUI ve AppKey ile kimlik doğrulama yapılır.
ABP (Activation By Personalization)
Sadece TestDevAddr, NwkSKey ve AppSKey önceden cihaza yazılır. Join işlemi atlanır ancak güvenlik riski oluşturur.
Device Provisioning Best Practices
- DevEUI: Fabrika tarafından atanan benzersiz cihaz kimliği (64-bit)
- AppKey: Root key, güvenli saklanmalı (128-bit AES)
- Device Profile: Class, codec, uplink interval tanımları
- Application: Cihaz gruplandırma ve yetkilendirme
LoRaWAN Pilot Projesi mi Planlıyorsunuz?
Akıllı tarım, enerji izleme veya endüstriyel IoT projeniz için gateway ve sensör tedarikinden kuruluma kadar uçtan uca destek alın.
Ücretsiz Keşif ToplantısıFrekans Planları ve EU868
LoRaWAN, dünya genelinde farklı ISM bantlarında çalışır. Bölgesel düzenlemelere uyum kritik öneme sahiptir. Türkiye ve KKTC’de EU868 frekans planı geçerlidir.
Bölgesel Frekans Planları
| Bölge | Frekans Bandı | Kanal Sayısı | Duty Cycle | Düzenleme |
|---|---|---|---|---|
| EU868 (Türkiye/KKTC/Avrupa)(Bizim bölgemiz) | 863-870 MHz | 8 + 1 (G3) | %1 (alt bant bazlı) | ETSI EN 300 220 / BTK |
| US915 (Amerika) | 902-928 MHz | 64 uplink + 8 downlink | Yok (dwell time) | FCC Part 15 |
| AS923 (Asya-Pasifik) | 915-928 MHz | 8 kanal | Ülkeye göre değişir | Çeşitli (ülke bazlı) |
| AU915 (Avustralya) | 915-928 MHz | 64 uplink + 8 downlink | Yok | ACMA |
EU868 Duty Cycle Kısıtlaması
Avrupa düzenlemelerine göre, ISM bandında duty cycle kısıtlaması uygulanır. Bu, cihazların belirli bir süre içinde ne kadar yayın yapabileceğini sınırlar:
- g band (868.0-868.6 MHz): %1 duty cycle
- g1 band (868.7-869.2 MHz): %0.1 duty cycle
- g2 band (869.4-869.65 MHz): %10 duty cycle
Pratik etki: Saatte 36 saniye airtime kullanabilirsiniz (g band, %1). Bu, tipik sensör uygulamaları için yeterlidir.
LoRaWAN Güvenlik Mimarisi
LoRaWAN, tasarım gereği güçlü bir güvenlik mimarisi sunar. AES-128 şifreleme, çift katmanlı koruma ve frame counter mekanizmaları ile endüstriyel seviyede güvenlik sağlanır.
Güvenlik Katmanları
| Katman | Şifreleme | Anahtar | Koruma | Kapsam |
|---|---|---|---|---|
| Network Layer (Hop-by-hop) | AES-128 CTR mode | NwkSKey (Network Session Key) | MAC komutları, frame counter, MIC | Cihaz - Network Server arası |
| Application Layer (End-to-end) | AES-128 CTR mode | AppSKey (Application Session Key) | Uygulama payload'u | Cihaz - Application Server arası |
| Join Layer (Device Authentication) | AES-128 ECB mode | AppKey (Application Key) | Join request/accept, key derivation | OTAA cihaz kimlik doğrulama |
| LoRaWAN 1.1 Ek Güvenlik | AES-128 | NwkKey, AppKey, JSIntKey, JSEncKey | Gelişmiş key yönetimi, roaming güvenliği | v1.1+ cihazlar için |
Güvenlik Best Practices
- OTAA kullanın: ABP yerine dinamik key türetme
- AppKey’i güvenli saklayın: Secure element veya HSM önerilir
- TLS/SSL: Gateway-NS ve NS-AS arası iletişimde şifreleme
- Firmware güncellemeleri: Güvenlik yamalarını uygulayın
- Ağ segmentasyonu: IoT trafiğini izole edin
Uygulama Entegrasyonu ve API'ler
LoRaWAN ağından toplanan verilerin değere dönüşmesi için uygulama entegrasyonu kritik öneme sahiptir. MQTT, HTTP webhook ve gRPC en yaygın kullanılan entegrasyon yöntemleridir.
Entegrasyon Protokolleri
MQTT
Pub/Sub mesajlaşma • Düşük (ms) gecikme
application/+/device/+/event/upHTTP Webhook
Push (sunucu-sunucu) • Orta gecikme
POST https://api.example.com/lorawangRPC
Bidirectional streaming • En düşük gecikme
ChirpStack API için idealREST API
Request/Response • Orta gecikme
GET /api/devices/{devEUI}Kod Örnekleri
1. Payload Decoder (JavaScript)
ChirpStack ve The Things Stack’te kullanılabilecek örnek decoder fonksiyonu:
function decodeUplink(input) {
var bytes = input.bytes;
var decoded = {
// İlk byte: pil voltajı (0.1V çözünürlük)
battery: bytes[0] / 10,
// 2-3. byte: sıcaklık (0.01°C çözünürlük, signed)
temperature: ((bytes[1] << 8) | bytes[2]) / 100,
// 4-5. byte: nem (%0.01 çözünürlük)
humidity: ((bytes[3] << 8) | bytes[4]) / 100,
// 6-7. byte: toprak nemi (%0.01 çözünürlük)
soilMoisture: ((bytes[5] << 8) | bytes[6]) / 100
};
return { data: decoded };
}2. ChirpStack Device Profile (YAML)
name: "Soil Sensor Profile"
description: "Toprak nem sensörü için profil"
region: EU868
macVersion: LORAWAN_1_0_3
regParamsRevision: RP002_1_0_1
supportsOTAA: true
supportsClassB: false
supportsClassC: false
classBTimeout: 0
classCTimeout: 0
payloadCodecRuntime: JS
payloadCodecScript: |
// Decoder fonksiyonu buraya
uplinkInterval: 3600 # 1 saat
deviceStatusReqInterval: 1
adrAlgorithmId: default
flushQueueOnActivate: true3. MQTT Entegrasyonu (Python)
import paho.mqtt.client as mqtt
import json
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
print(f"Bağlandı: {rc}")
# Tüm cihazların uplink mesajlarına abone ol
client.subscribe("application/+/device/+/event/up")
def on_message(client, userdata, msg):
payload = json.loads(msg.payload.decode())
dev_eui = payload.get("deviceInfo", {}).get("devEui")
data = payload.get("object", {})
print(f"Cihaz: {dev_eui}")
print(f"Veri: {json.dumps(data, indent=2)}")
client = mqtt.Client()
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
client.connect("localhost", 1883, 60)
client.loop_forever()Kullanım Alanları ve Vaka Çalışmaları
LoRaWAN, düşük veri hızı ve uzun menzil gerektiren pek çok IoT senaryosunda ideal çözüm sunar. İşte en yaygın kullanım alanları:
Akıllı Tarım ve Sera
Akıllı tarım, LoRaWAN’ın en güçlü olduğu alanlardan biridir. Geniş tarla ve seralarda:
- Toprak nemi ve sıcaklık izleme
- Otomatik sulama kontrolü
- Hava istasyonu verileri
- Haşere ve hastalık erken uyarı
Enerji İzleme
Kablosuz enerji sayaçları ile dağınık lokasyonlarda tüketim takibi:
- Elektrik, su, gaz sayaç okuma
- Kaçak tespit
- Tarife optimizasyonu
Akıllı Şehir
- Akıllı park sensörleri
- Çöp konteyner doluluk izleme
- Hava kalitesi ölçümü
- Sokak aydınlatma kontrolü
Endüstriyel IoT
Endüstriyel IoT uygulamalarında LoRaWAN ile:
- Ekipman izleme ve varlık takibi
- Çevresel koşul izleme (sıcaklık, nem)
- Titreşim ve kestirimci bakım sensörleri
Maliyet Analizi ve ROI Hesaplama
LoRaWAN altyapısının toplam sahip olma maliyeti (TCO), diğer kablosuz teknolojilere kıyasla oldukça rekabetçidir. Düşük cihaz maliyeti, lisanssız frekans ve açık kaynak seçenekleri maliyetleri minimize eder.
Örnek Proje Maliyetleri
| Proje | Sensörler | Gateway | Server | Toplam (1.Yıl) | ROI |
|---|---|---|---|---|---|
| Akıllı Tarım (50 sensör) | ~$5,000 | ~$1,500 | Ücretsiz (ChirpStack) | ~$8,000 | 12-18 ay |
| Enerji İzleme (20 sayaç) | ~$8,000 | ~$2,000 | ~$1,200/yıl (TTS) | ~$13,200 | 6-12 ay |
| Akıllı Park (100 sensör) | ~$15,000 | ~$5,000 | ~$3,600/yıl | ~$28,600 | 18-24 ay |
| Endüstriyel IoT (30 cihaz) | ~$12,000 | ~$3,000 | Ücretsiz (ChirpStack) | ~$18,000 | 8-14 ay |
Uygulama Adımları
Başarılı bir LoRaWAN projesi için takip edilmesi gereken adımlar:
Kapsama ve İhtiyaç Analizi
1-2 günHedef alanı belirleyin, sensör noktalarını haritalayın. Veri iletim sıklığı, payload boyutu ve pil ömrü gereksinimlerini netleştirin.
Gateway Konumlandırma
1 günAnten yüksekliği, Fresnel zone ve engeller göz önünde bulundurularak gateway konumları belirlenir. Link bütçesi hesaplanır.
Network Server Kurulumu
2-3 günChirpStack veya The Things Stack kurulumu yapılır. Gateway'ler eklenir, region konfigürasyonu (EU868) ayarlanır.
Cihaz Provizyon
1 günDevEUI, AppKey tanımlanır. Device profile (Class A/B/C, codec) oluşturulur. OTAA join testi yapılır.
Payload Decoder Geliştirme
1-2 günSensör verisini çözümleyen JavaScript/WASM codec yazılır. Birim dönüşümleri ve veri doğrulama eklenir.
Uygulama Entegrasyonu
2-3 günMQTT veya HTTP webhook ile ThingsBoard, Grafana veya özel uygulamaya veri aktarımı kurulur.
Saha Kurulumu ve Test
2-3 günGateway ve sensörler sahada monte edilir. Kapsama testi (RSSI, SNR) yapılır. Sorunlu noktalar belirlenir.
Optimizasyon ve Devreye Alma
1-2 günADR parametreleri ayarlanır. Duty cycle optimizasyonu yapılır. Alarm ve bildirimler konfigüre edilir.
Özet: LoRaWAN Neden Tercih Edilmeli?
- 15+ km menzil - Geniş alanlarda minimum altyapı ile kapsama
- 10+ yıl pil ömrü - Düşük işletme maliyeti, erişilmez lokasyonlarda çalışma
- Lisanssız ISM bandı - Operatör bağımsız, kendi ağınızı kurun
- Binlerce cihaz kapasitesi - Tek gateway ile ölçeklenebilir çözümler
- AES-128 şifreleme - Endüstriyel seviyede güvenlik
- Açık ekosistem - ChirpStack, TTN ve yüzlerce gateway/sensör seçeneği
LoRaWAN Projenize Başlayın
Olivenet olarak KKTC ve Türkiye genelinde LoRaWAN altyapı kurulumu, gateway tedariki ve network server yönetimi hizmetleri sunuyoruz. Ücretsiz keşif analizi için iletişime geçin.
Ücretsiz Keşif Toplantısı