Cómo conectar un nodo LoRaWAN a TTN paso a paso

Informatec Digital » Recursos » Cómo conectar un nodo LoRaWAN a TTN paso a paso

Si has llegado hasta aquí es porque quieres saber cómo conectar un nodo LoRaWAN a TTN de principio a fin, sin dejarte nada en el tintero: gateways, nodos, sensores, librerías, claves y configuración de red. Lo bueno es que no necesitas ser un gurú de las telecomunicaciones; con una guía bien estructurada y un poco de paciencia, puedes montar tu propia red LoRaWAN funcional en muy poco tiempo.

En las próximas líneas vas a ver, paso a paso, cómo montar un gateway, registrarlo en The Things Network, dar de alta aplicaciones y dispositivos finales, y programar nodos LoRaWAN basados en placas tipo ESP32 o Arduino, además de ejemplos con sensores comerciales (SenseCAP, Decentlab, Dragino, Tabs Browan). También veremos detalles prácticos que no siempre aparecen en los manuales: problemas habituales con las claves, elección de frecuencia, conexión física de pines y trucos para verificar que todo está realmente hablando con TTN.

Qué es LoRa y LoRaWAN, y por qué usar TTN

LoRa y LoRaWAN son dos conceptos relacionados, pero no son lo mismo. LoRa es una modulación de radiofrecuencia de largo alcance y bajo consumo, propiedad de Semtech. LoRaWAN es el protocolo de red que se apoya en LoRa para gestionar cómo se comunican los dispositivos finales (nodos) con los gateways y con el servidor de red.

En una red LoRaWAN típica tenemos dos grandes piezas: los gateways y los nodos. Los gateways actúan como “puentes” entre el mundo LoRa (radio) y el mundo IP (internet), reenviando los paquetes al servidor LoRaWAN. Los nodos son los sensores o actuadores que envían y reciben información usando LoRa hacia esos gateways.

Para conectar todo esto necesitas un servidor LoRaWAN. Puedes pagar un servicio privado (operadores como Movistar, Vodafone o plataformas como Loriot, Actility, Kerlink) o tirar por la vía comunitaria usando The Things Network (TTN), que es una red pública, abierta y mantenida por la comunidad.

TTN tiene la ventaja de que respeta la gobernanza de los datos, es neutral y te permite aportar gateways a la red. En muchas ciudades hay gente que instala gateways por iniciativa propia y cualquiera puede beneficiarse de esa cobertura sin más coste que el hardware de los nodos.

Frecuencias, canales y limitaciones de LoRaWAN

Antes de comprar ningún dispositivo es clave tener claro que la frecuencia LoRa debe ser compatible con tu región. No es lo mismo trabajar en Europa que en Estados Unidos o Asia; si te equivocas de banda, el dispositivo puede ser inútil o incluso ilegal.

En Europa se utiliza principalmente la banda de 868 MHz (EU868). En Estados Unidos la banda típica es 915 MHz (US915). En las tiendas chinas abundan módulos a 433 MHz, que pueden ser tentadores por precio, pero no siempre son válidos para LoRaWAN o para tu país.

Además de la frecuencia, LoRaWAN se organiza en canales, spreading factor (SF) y planes de frecuencia. El SF define la velocidad y el alcance: un SF más alto implica más alcance pero más tiempo en el aire, lo que consume más energía y ocupa más canal.

En Europa aplica la famosa “regla del 1%”: cada dispositivo sólo puede ocupar el canal radioeléctrico un pequeño porcentaje del tiempo, normalmente en torno al 1%. Esto limita cada cuánto puedes enviar datos, y es uno de los motivos por los que los sensores LoRaWAN suelen transmitir cada varios minutos, no cada pocos segundos.

Preparativos y elección del hardware para gateway y nodos

Para montar una red práctica vas a necesitar al menos un gateway LoRaWAN y uno o varios nodos (sensores). Podemos combinar hardware de fabricantes distintos, siempre que respeten el estándar LoRaWAN y la misma banda de frecuencia.

Como gateway de interior uno de los modelos muy utilizados es el Dragino LPS8, que integra concentrador SX1308 y permite hasta 10 canales en paralelo. Trae preconfigurados distintos planes de frecuencia según el país, y en Europa trabajará en 868 MHz. Se alimenta con 5 V por USB-C, y se conecta a la red IP por RJ-45 o por WiFi.

Otros ejemplos de gateways que encajan bien con TTN son los RAK7289 (para exteriores, robustos y con opción LTE/4G) o los gateways oficiales TTN-GW-868 MHz, pensados para desplegar cobertura en ciudades o proyectos de Smart City. También es posible montar un gateway monoclano con una placa ESP32 y un módulo LoRa SX1262, como se hace con el kit Wio-SX1262 junto a una XIAO ESP32S3.

Como nodos tienes dos caminos: usar sensores comerciales ya listos para LoRaWAN (SenseCAP S210x, Tabs Browan TBHH100, Dragino TrackerD, Decentlab, etc.) o construir tus propios nodos con placas de desarrollo tipo TTGO LoRa32 V2.0, ESP32 + RMF95, Arduino + módulo LoRa, etc.

Configurar un gateway LoRaWAN y conectarlo a TTN

El primer gran bloque del proyecto es poner en marcha el gateway y conseguir que aparezca “Connected” en TTN. Aunque cada fabricante tiene su panel propio, los pasos conceptuales son muy parecidos.

Con un Dragino LPS8, por ejemplo, puedes gestionarlo por SSH o por HTTP. Si lo conectas por cable RJ-45, tendrás que averiguar la IP que le ha asignado el servidor DHCP (con un IP scanner o desde tu router). Si prefieres la configuración inicial vía WiFi, el LPS8 crea su propia red con SSID tipo “dragino-xxxxx” y contraseña por defecto “dragino+dragino”. Accediendo a la IP 10.130.1.1 entras en el panel web, donde el usuario y clave inicial suelen ser “admin/dragino”.

Al entrar verás un menú con varias secciones, y puede que algunas opciones salgan con una aspa roja indicando que falta configuración. Lo primero es seleccionar en la pestaña LoRa el plan de frecuencias correcto para tu zona; en Europa EU868 (aprox. 868 MHz).

Después toca la pestaña LoRaWAN o Network Server. Ahí defines a qué servidor LoRaWAN se conectará el gateway. Para TTN, eliges “TTN” como proveedor y pones la dirección del servidor europeo (por ejemplo eu1.cloud.thethings.network), manteniendo los puertos UDP (normalmente 1700 para subida y bajada). En ese mismo apartado verás el Gateway ID o EUI, que necesitaremos luego en TTN.

En la parte de red (Network) configuras cómo se conecta el gateway a internet: LAN, WAN o WiFi WAN. Para la interfaz WAN puedes escoger IP estática o DHCP; siempre que puedas, es recomendable IP estática por cable para tener una conexión más estable y facilitar el acceso de gestión. La parte LAN suele utilizarse para la red interna AP del gateway; conviene no cambiarla sin saber muy bien lo que haces, porque puede ser tu salvavidas si algo va mal.

En la sección WiFi podrás ajustar tanto el punto de acceso que genera el propio gateway como su conexión a una red WiFi externa. Por seguridad es recomendable cambiar SSID y contraseña por defecto del AP que viene de fábrica.

En gateways RAK7289, la idea es parecida: entras al panel web, configuras la IP (estática o DHCP) desde Network → WAN Interface y luego, en LoRa Network → Network Settings → Packet Forwarder, introduces los datos del servidor TTN y anotas el Gateway EUI para registrarlo más tarde en TTN. Si estás detrás de un router que da DHCP, puedes localizar la IP del gateway mirando la tabla de arrendamientos (por hostname, por ejemplo “RAK7289”) o con herramientas tipo nmap.

Registro del gateway en The Things Network

Una vez que el gateway tenga salida a internet, toca darle de alta en TTN. Si no tienes cuenta, primero te registras en la web de The Things Network y luego accedes a la consola (Console) en la región correspondiente (por ejemplo https://eu1.cloud.thethings.network/).

Dentro de la consola seleccionas la sección Gateways y pulsas en “Register gateway”. TTN te pedirá un Gateway ID (un nombre único dentro de tu cuenta) y, dependiendo del tipo de gateway, el Gateway EUI. Para gateways tipo Dragino LPS8 que usan el packet forwarder clásico, debes marcar la opción “I’m using the legacy packet forwarder”.

Además, indicarás el plan de frecuencia (EU868 para Europa), la región o router correspondiente y, opcionalmente, la localización (coordenadas, interior/exterior, etc.). En gateways como el monoclano con XIAO ESP32S3 y Wio-SX1262, el propio firmware puede mostrar el Gateway ID por el puerto serie al arrancar; simplemente lo copias y lo utilizas en el formulario de registro.

Tras completar estos datos y registrar el gateway, TTN mostrará una ficha donde podrás comprobar el estado (“Connected” o “Disconnected”) y un apartado “Traffic” en el que ver el flujo de paquetes en tiempo real. Si todo está bien configurado tanto en el gateway como en TTN, al cabo de uno o dos minutos deberías verlo pasar a “Connected” y empezar a ver tráfico cuando haya nodos transmitiendo.

Con esto se considera que la parte de infraestructura (gateway + servidor) ya está operativa. A partir de aquí entra en juego la configuración de aplicaciones y dispositivos finales.

Creación de aplicaciones y alta de nodos en TTN

En TTN los dispositivos no se registran directamente en la raíz de la cuenta, sino dentro de aplicaciones (Applications). Una aplicación agrupa uno o varios nodos que envían datos relacionados, por ejemplo todos los sensores ambientales de un edificio, o varios trackers GPS de un proyecto educativo.

En la consola de TTN accedes a la sección Applications y creas una nueva aplicación. Le das un ID único, opcionalmente una descripción y eliges la región adecuada. Dentro de esa aplicación registrarás cada nodo LoRaWAN con sus credenciales (DevEUI, JoinEUI/AppEUI y AppKey u otras claves según el método de activación).

Para sensores comerciales como los Tabs Browan TBHH100-868 de temperatura y humedad, suele venir pegada una etiqueta con DevEUI, AppEUI y AppKey. Lo normal es que usen el método OTAA (Over-The-Air Activation), que genera sesiones de claves en cada join a la red, siendo más seguro que ABP.

Con OTAA, en TTN eliges registrar un nuevo dispositivo final (End device), introduces JoinEUI (AppEUI), DevEUI y AppKey, verificas bien los datos y confirmas. Una vez guardado, si el nodo está correctamente configurado y en rango de un gateway, verá las beacons de la red, hará el procedimiento de join y en la consola empezarás a ver mensajes uplink con sus medidas.

Lo mismo aplica a sensores como los Decentlab de nivel y temperatura: el fabricante proporciona ID, DevEUI, AppEUI y AppKey, pero no sabe de antemano qué servidor vas a utilizar. Eres tú quien registra esos datos en TTN (u otro servidor) para que el sensor pueda darse de alta. Muchos dispositivos Decentlab vienen ya registrados de fábrica en TTN si lo pides así, lo que simplifica todavía más el proceso.

Configuración de sensores LoRaWAN comerciales

Veamos algunos ejemplos concretos de cómo preparar y registrar sensores LoRaWAN comerciales que luego hablarán con TTN a través de tu gateway.

En la gama SenseCAP S210x (por ejemplo sensores ambientales), el flujo típico es usar la app SenseCraft del fabricante. Primero descargas la aplicación, enciendes el sensor con un botón (manteniéndolo pulsado unos segundos hasta que el LED parpadea cada segundo) y en la app seleccionas “Scan” para leer el código QR del dispositivo.

Dentro de la app hay un modo de “Advanced Configuration” en el que eliges “The Things Network” como plataforma. Debes seleccionar el mismo plan de frecuencia que tu gateway (por ejemplo EU868) y comprobar que el modo de unión es OTAA. La aplicación te mostrará el Device EUI, AppEUI (JoinEUI) y AppKey; conviene anotarlos porque son los que tendrás que meter en TTN al registrar el dispositivo.

En el caso del sensor Tabs Browan TBHH100-868, las claves vienen ya configuradas de fábrica. El sensor mide temperatura y humedad, alimentado con una pila de 3,6 V, y transmite según estas reglas: cada 60 minutos si no hay variación, o antes si la temperatura cambia ±2 °C o la humedad ±5 %. Para darlo de alta simplemente introduces APPKey, APPEUI y DevEUI proporcionados por el fabricante en tu servidor LoRaWAN (TTN, por ejemplo). A veces puede haber algún problema de formato o de orden de bytes (msb/lsb), así que es importante revisar ese detalle si no se une a la primera.

Los trackers Dragino TrackerD se usan como localizadores GPS con botón de pánico. Cada unidad tiene su propio conjunto de claves LoRaWAN. En TTN se registran normalmente en la misma aplicación (por ejemplo “curso-tracking”) y al dispositivo se le configura, si es necesario, por puerto serie (USB) usando comandos AT. En la documentación se detallan comandos para ajustar la cadencia de envío, el comportamiento de la alarma, etc. Importante: muchos firmwares de Dragino requieren que los comandos AT se peguen enteros en el terminal, no que se tecleen carácter a carácter.

En sensores como los Decentlab de nivel, presión o ambientales, la filosofía es similar: DevEUI, AppEUI y AppKey se usan para conectarlos a TTN (u otra red). Decentlab suele fijar un intervalo de transmisión de 10 minutos porque es un compromiso muy probado entre consumo y resolución de datos, aunque se puede modificar en pedido o por configuración. El usuario puede visualizar los datos en la plataforma en la nube del propio fabricante o integrar el dispositivo en plataformas de terceros (MyDevices, ResIoT, WMW, etc.) añadiendo el decodificador de payload adecuado.

Construir tu propio nodo LoRaWAN con hardware libre

Si te gusta cacharrear, lo más divertido suele ser montar y programar tu propio nodo LoRaWAN. Un combo muy popular es usar una tarjeta basada en ESP32 con LoRa integrado, como la TTGO LoRa32 V2.0 868 MHz, y añadirle un sensor sencillo, por ejemplo un DS18B20 de temperatura.

En este enfoque necesitas cuatro piezas: la tarjeta de control (ESP32, Arduino, etc.), el módulo de radio LoRa (por ejemplo un SX1276/78 tipo RFM95), el sensor que quieras medir y, opcionalmente, periféricos como una pantalla OLED para mostrar datos localmente.

La TTGO LoRa32 V2.0 trae ya integrado el transceptor LoRa y, según la versión, también un pequeño display OLED. Basada en ESP32, te da WiFi y Bluetooth, y en muchos casos es perfecta también para montarte un mini gateway de un canal si la conectas a internet. Eso sí, en esta placa y otras parecidas, algunas señales del módulo LoRa (DIO1, DIO2) no vienen conectadas al microcontrolador y tendrás que cablearlas tú mismo.

Por ejemplo, en la TTGO LoRa32 V2.0 se suele usar el siguiente pinout para LoRa: SCK en GPIO5, MISO en GPIO19, MOSI en GPIO27, CS en GPIO18, RESET en GPIO14 y DIO0 en GPIO26. Para DIO1 y DIO2, se suelen conectar físicamente a GPIO33 y GPIO32, respectivamente, que se encuentran justo enfrente en la fila opuesta, lo que hace muy sencillo tirar un jumper directo.

Hay tres maneras típicas de realizar estas uniones: soldar cables directamente a los pines (para un montaje definitivo), usar cables jumper si la placa está en un protoboard o rutear las conexiones en una PCB propia sobre la que se “pincha” la TTGO. La opción jumper suele ser la más cómoda para pruebas.

Software del nodo: librería LMIC, frecuencia y claves TTN

Para programar un nodo LoRaWAN en Arduino/ESP32 se usa mucho la librería MCCI LoRaWAN LMIC, que implementa el stack LoRaWAN y gestiona todo lo relativo a canales, join, reintentos, ventanas de recepción, etc.

Primero instalas la librería desde el Administrador de bibliotecas del IDE de Arduino buscando “LMIC” y escogiendo “MCCI LoRaWAN LMIC library”. Una vez instalada, hay un detalle crítico: por defecto viene configurada para US915 (Estados Unidos), así que si estás en Europa debes cambiarla a EU868.

Para eso buscas el archivo lmic_project_config.h dentro de la carpeta de la librería (algo como /Arduino/libraries/MCCI_LoRaWAN_LMIC_library/project_config/) y editas las definiciones. Comentarás CFG_us915 y activarás CFG_eu868, dejando también habilitado el tipo de radio correcto (por ejemplo CFG_sx1276_radio para módulos SX1276/78). Es un cambio que se hace una sola vez y aplica a todos tus proyectos LMIC.

Luego abres uno de los ejemplos incluidos, por ejemplo ttn-abp, que envía periódicamente un “Hello, world!” como payload. Este ejemplo sirve de base para adaptarlo a tu placa y a tus credenciales de TTN.

En el código verás una estructura lmic_pinmap donde se especifican los pines NSS (CS), RST y DIO. Por defecto suele venir mapeada para la Feather M0 LoRa, así que si usas una TTGO LoRa32 V2.0 deberás cambiar esa estructura para que use .nss = 18, .rst = 14 y .dio = {26, 33, 32} (asumiendo que has cableado DIO1 a GPIO33 y DIO2 a GPIO32). Si tu hardware es diferente, tendrás que revisar su documentación o buscar un ejemplo específico.

Una vez que el pinout está bien, toca configurar las claves que identifican tu nodo en TTN. En el ejemplo ttn-abp las variables NWKSKEY, APPSKEY y DEVADDR aparecen con la palabra FILLMEIN para que las rellenes con tus valores.

Estos datos los obtienes de la consola de TTN al crear un dispositivo con activación por ABP. TTN te ofrece Network Session Key (NWKSKEY), App Session Key (APPSKEY) y Device Address (DEVADDR). En la interfaz, las claves se muestran ocultas por seguridad, pero puedes hacerlas visibles y, lo más útil, puedes copiar el valor directamente en formato array de C (botón “<>”) y con el orden de bytes correcto (msb). Pulsando el icono de copiar, llevas el array listo al portapapeles y simplemente lo pegas en tu código donde está cada FILLMEIN.

Para NWKSKEY y APPSKEY utilizarás el formato array de bytes que TTN te proporciona, mientras que para DEVADDR pondrás el valor en hexadecimal como un único entero de tipo u4_t, por ejemplo static const u4_t DEVADDR = 0x26011111;. Con esto tu nodo ya podrá autenticarse y enrutar sus paquetes a tu aplicación TTN.

Integrar sensores en el código del nodo

Una vez que el esqueleto LoRaWAN funciona, toca reemplazar el típico “Hello, world!” por datos reales de sensores. Siguiendo con el ejemplo de la TTGO LoRa32 y un DS18B20, usas el bus OneWire y la librería DallasTemperature.

Al principio del sketch incluyes las cabeceras y defines el pin del bus: #include <OneWire.h>, #include <DallasTemperature.h> y #define ONE_WIRE_BUS X, donde X es el GPIO al que has conectado el sensor. Creas el objeto OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS) y DallasTemperature sensor(&oneWire). Si no tienes la librería del DS18B20 instalada, la añades desde el gestor de bibliotecas.

En la función setup() inicializas el sensor con sensor.begin() y, si quieres, fijas la resolución (por ejemplo sensor.setResolution(11)). A partir de ahí, el sensor está listo para leer temperatura cuando lo necesites.

La función clave en LMIC para enviar datos es do_send(osjob_t* j). Dentro verás una comprobación de si hay una transmisión en curso (OP_TXRXPEND). Si no la hay, llamas a sensor.requestTemperatures(), obtienes el valor con sensor.getTempCByIndex(0) y lo guardas en el array mydata. Por ejemplo podrías usar mydata[0] = (uint8_t)sensor.getTempCByIndex(0); para enviar sólo la parte entera.

Luego llamas a LMIC_setTxData2(1, mydata, sizeof(mydata), 0), donde el primer parámetro es el port LoRaWAN (1 en este caso), el segundo es el buffer, el tercero el tamaño y el último indica si el mensaje es confirmado (1) o no confirmado (0). La librería se encarga de programar el envío en el siguiente hueco disponible.

Hay muchas mejoras posibles: ampliar el payload para incluir parte decimal, añadir otros sensores, empaquetar datos con un formato binario eficiente, etc. Pero incluso en esta versión simple ya tienes un nodo que periódicamente envía medidas reales a TTN, visibles en la consola y listas para integrar con otros sistemas.

Activación OTAA, seguridad y experiencia práctica

Hasta ahora hemos hablado sobre todo de ABP para los ejemplos de código, pero en producción es muy recomendable usar OTAA (Over-The-Air Activation). OTAA es el método que usan, por ejemplo, los sensores Decentlab y muchos SenseCAP, porque refuerza la seguridad.

Con OTAA, la sesión LoRaWAN se negocia “en el aire” cada vez que el dispositivo se une a la red. Cuando el nodo se apaga, se reinicia o pierde la conexión, la siguiente vez que hace join se generan nuevas claves de sesión, lo que complica que alguien pueda clonar el dispositivo simplemente copiando claves estáticas.

En la consola de TTN, al escoger OTAA para un dispositivo, en lugar de NWKSKEY y APPSKEY estáticas tendrás DevEUI, JoinEUI/AppEUI y AppKey. Las claves de sesión se construyen cada vez a partir de esos valores y del intercambio con el servidor, y tú sólo verás las claves derivadas mientras dure la sesión.

En la práctica, usuarios que partían de cero en LoRaWAN han comprobado que con un gateway registrado en TTN y un sensor OTAA correctamente configurado, el proceso de alta puede ser muy sencillo: crear cuenta en TTN, activar el gateway, registrar el sensor con las claves facilitadas por el fabricante, y en pocos minutos visualizar datos en una plataforma web (ya sea la propia de Decentlab, SenseCAP, o dashboards de terceros).

Factores como la ubicación de la caja LoRa del sensor (mejor en posición vertical, que favorece el patrón de radiación de la antena interna), el entorno radioeléctrico y la altura del gateway influyen mucho en la cobertura real, pero el flujo de configuración es bastante mecánico una vez entendido.

De TTN a tus aplicaciones: integraciones y visualización

Con los nodos ya subiendo datos a TTN, el siguiente paso es llevar esa información a tus propias aplicaciones, dashboards o flujos de automatización. TTN proporciona integraciones y una API muy potente para esto.

Un enfoque muy extendido es usar Node-RED para recibir datos desde TTN y procesarlos a tu gusto. Configuras una conexión MQTT o HTTP con las credenciales de tu aplicación TTN, decodificas el payload (según el formato de tus sensores) y a partir de ahí puedes hacer prácticamente de todo: guardar en bases de datos, mostrar gráficos, disparar alertas, etc.

Otra opción es recurrir a plataformas de terceros que ya integran con TTN, como Datacake, MyDevices, ResIoT, WMW y otras. En muchas de ellas ya existen plantillas específicas para dispositivos como los sensores de Decentlab o algunos modelos de Dragino, de modo que sólo tienes que seleccionar el tipo de dispositivo, vincularlo a tu aplicación TTN y empezar a ver los datos en dashboards “para humanos”.

En proyectos educativos, por ejemplo, se ha utilizado TTN junto con gateways RAK7289 y trackers Dragino TrackerD para localización de personas o vehículos. El flujo es: gateway registrado, trackers dados de alta en TTN, datos vistos en la consola y, a continuación, representados en tiempo real en un panel público de Datacake con mapas y gráficos de posición, nivel de batería, etc.

Lo importante es entender que TTN actúa como capa de red LoRaWAN y enrutador de datos; la capa de aplicación y visualización la decides tú: desde un script en Python que consuma la API hasta una plataforma industrial de datos IoT.

En definitiva, conectar un nodo LoRaWAN a TTN implica hilar muchos pasos (frecuencia correcta, gateway bien configurado, alta en TTN, claves del nodo, activación OTAA o ABP, software del dispositivo y, si quieres, integraciones posteriores), pero cada parte es abordable incluso sin experiencia previa si se siguen las pautas adecuadas. Una vez superada la primera configuración, desplegar más nodos o gateways se vuelve un proceso muy repetible y escalable, perfecto para proyectos de sensorización masiva, Smart City o simplemente para aprender y trastear con IoT de largo alcance.