LoRa - 4. LoRaWAN 네트워크 구축하기 (4-1. LoRaWAN 네트워크 개념)

🔹 4-1. LoRaWAN 네트워크 개념

LoRaWAN은 LoRa(장거리 저전력 통신)를 기반으로 한 네트워크 프로토콜입니다.
LoRa 자체는 단순한 무선 변조 기술일 뿐이지만, LoRaWAN을 활용하면 인터넷과 연결된 대규모 IoT 네트워크를 구축할 수 있습니다.

이 섹션에서는 LoRaWAN 네트워크의 기본 개념, 구성 요소, 게이트웨이의 역할과 필요성을 설명합니다.

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📌 1. LoRaWAN 네트워크 개요

LoRaWAN은 노드(Node) → 게이트웨이(Gateway) → 네트워크 서버(Network Server) → 애플리케이션 서버(Application Server) 를 거쳐 데이터를 주고받는 구조입니다.

🔹 LoRaWAN 네트워크의 기본 데이터 흐름

[노드] → [게이트웨이] → [네트워크 서버] → [애플리케이션 서버]

✅ 노드 → 센서(온도, 습도, GPS 등)에서 데이터를 생성
✅ 게이트웨이 → 노드에서 전송된 LoRa 데이터를 수집 후 네트워크 서버로 전달
✅ 네트워크 서버 → 중복 데이터 필터링, 인증, 보안, 패킷 라우팅 수행
✅ 애플리케이션 서버 → 데이터를 가공하여 사용자(웹, 클라우드, IoT 플랫폼)에게 제공

✅ LoRaWAN의 핵심 특징

• 저전력 장거리 통신 (배터리 5~10년 유지 가능)
• 네트워크 구축 비용 절감 (면허 없이 ISM 대역 사용 가능)
• IoT 클라우드 서비스와 연동 가능 (AWS IoT, The Things Network 등)

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📌 2. LoRaWAN 네트워크 구성 요소

LoRaWAN 네트워크는 4가지 주요 구성 요소로 이루어집니다.

✅ 1. 노드 (End Device, 센서 장치)

노드는 센서 데이터를 수집하고, LoRa를 통해 게이트웨이로 전송하는 장치입니다.

🔹 노드의 역할

• 온도, 습도, 대기 질, 조도, 위치(GPS) 등의 데이터를 측정
• 배터리 기반의 저전력 장치
• 주기적으로 데이터를 송신하며, 대기 상태에서 전력 절약 가능

🔹 노드 예시

• 스마트 농업: 토양 수분 센서, 온습도 센서
• 스마트 시티: 공기질 센서, 스마트 가로등
• 산업 IoT: 설비 모니터링 센서

✅ LoRaWAN 노드는 직접 인터넷과 연결되지 않고, 반드시 게이트웨이를 통해 데이터를 전달해야 함

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✅ 2. 게이트웨이 (Gateway)

게이트웨이는 여러 노드에서 수집한 데이터를 LoRaWAN 네트워크로 중계하는 장치입니다.

🔹 게이트웨이의 역할

• 노드에서 전송한 LoRa 데이터를 수신
• 데이터를 변환하여 네트워크 서버로 전송 (Wi-Fi, Ethernet, 4G/5G 등)
• 다수의 노드를 동시에 관리 (수백~수천 개)

🔹 게이트웨이 예시

게이트웨이 모델	주파수 대역	연결 방식	특징
RAK7244	868MHz / 915MHz	Wi-Fi / Ethernet / 4G	Raspberry Pi 기반, 확장성 높음
Dragino LPS8	868MHz / 915MHz	Wi-Fi / Ethernet	저가형, 실내 환경에 적합
Multitech Conduit	868MHz / 915MHz	Ethernet / 3G/4G	산업용, 높은 내구성

✅ 게이트웨이는 네트워크의 핵심 장치이며, 없으면 LoRaWAN 통신이 불가능함
✅ Wi-Fi, Ethernet, 4G/5G 등 다양한 방식으로 네트워크 서버와 연결 가능

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✅ 3. 네트워크 서버 (Network Server)

네트워크 서버는 게이트웨이에서 받은 데이터를 처리하고, 네트워크의 보안을 관리합니다.

🔹 네트워크 서버의 역할

• 중복 데이터 필터링 (여러 게이트웨이에서 같은 데이터 수신 시 중복 제거)
• 인증 및 보안 관리 (AES-128 암호화, 장치 인증)
• 데이터 라우팅 및 클라우드 연동

🔹 대표적인 LoRaWAN 네트워크 서버

네트워크 서버	특징
The Things Network (TTN)	무료 오픈소스 LoRaWAN 네트워크
ChirpStack	온프레미스 구축 가능, MQTT 지원
AWS IoT Core for LoRaWAN	클라우드 기반 LoRaWAN 관리

✅ 네트워크 서버를 통해 보안이 강화되고, IoT 클라우드 연동이 가능
✅ The Things Network(TTN)는 무료로 사용 가능하여 실습 및 소규모 프로젝트에 적합

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✅ 4. 애플리케이션 서버 (Application Server)

애플리케이션 서버는 네트워크 서버에서 처리된 데이터를 분석하고 사용자에게 제공하는 역할을 합니다.

🔹 애플리케이션 서버의 역할

• 데이터를 시각화하여 사용자에게 제공 (대시보드, 웹 UI)
• 분석 및 알림 기능 (센서 이상 감지, 경보 시스템)
• 클라우드 서비스(AWS, Azure, Google Cloud)와 연동

🔹 애플리케이션 서버 예시

• Node-RED + Grafana → IoT 데이터 시각화
• InfluxDB + MQTT → 데이터 저장 및 분석
• AWS IoT + Lambda → 실시간 IoT 이벤트 처리

✅ 애플리케이션 서버를 통해 센서 데이터를 직관적으로 확인하고, 클라우드에서 활용 가능

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📌 3. 게이트웨이의 역할 및 필요성

LoRaWAN에서 게이트웨이는 필수적인 요소입니다.
게이트웨이가 없다면, 노드는 직접 인터넷과 통신할 수 없으며, LoRaWAN 네트워크를 사용할 수 없습니다.

✅ LoRaWAN 게이트웨이의 주요 역할

1️⃣ LoRa 신호를 인터넷과 연결

• 노드는 LoRa 신호만 사용할 수 있지만, 게이트웨이는 Wi-Fi, 4G/5G, Ethernet 등을 통해 인터넷과 연결 가능

2️⃣ 다수의 노드 데이터 수집 및 전달

• 하나의 게이트웨이가 수백~수천 개의 노드를 처리할 수 있음

3️⃣ 장거리 통신 가능

• 노드가 게이트웨이와 10~20km 떨어져 있어도 연결 유지 가능

4️⃣ 데이터 필터링 및 중복 제거

• 여러 게이트웨이가 동일한 데이터를 수신했을 때, 중복 제거하여 네트워크 부하 감소

✅ LoRaWAN 네트워크에서 게이트웨이는 인터넷과의 연결을 담당하는 핵심 장비
✅ 게이트웨이가 없으면 LoRa 노드는 인터넷과 연결될 수 없음

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📌 정리 (LoRaWAN 네트워크 개념 요약)

구성 요소	역할
노드 (End Device)	센서 데이터를 측정하고 전송
게이트웨이 (Gateway)	LoRa 데이터를 수집하고 네트워크 서버로 전달
네트워크 서버 (Network Server)	데이터 필터링, 보안 관리, 클라우드 연동
애플리케이션 서버 (Application Server)	데이터 분석 및 시각화, 사용자 서비스 제공

✅ LoRaWAN은 노드 → 게이트웨이 → 네트워크 서버 → 애플리케이션 서버 순서로 데이터가 이동
✅ 게이트웨이는 LoRa 네트워크에서 필수적인 장치이며, 없으면 통신 불가
✅ The Things Network(TTN), ChirpStack, AWS IoT 등 다양한 네트워크 서버 활용 가능