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LoRaWAN: versatilidad y autonomía para las conexiones sensóricas

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LoRaWan: conexiones sensóricas e Internet of Things

La profunda transformación digital que ha experimentado la sociedad en los últimos años, nos ha ido acercando a las ciudades inteligentes o Smart Cities que tanto hemos visto en películas e imaginado durante nuestra infancia. La sensorización inteligente en entornos rurales, urbanos e industriales, como los sistemas de telegestión de alumbrado público, monitorización de parámetros ambientales, recogida inteligente de residuos urbanos, o los sistemas de detección de plazas de aparcamiento en tiempo real, son algunos ejemplos de iniciativas que son ya una realidad. Y es que prácticamente cualquier elemento podrá estar monitorizado, conectado a la red y colaborar. Es esto lo que conocemos como Internet of Things (IoT).

Para resolver las necesidades comunicativas del IoT, las tecnologías de baja potencia de área amplia (LPWA) se presentan como la solución más novedosa y viable, enfocadas en optimizar la transferencia de datos, ofrecer cobertura global, contar con hardware de bajo coste, y lo más destacable, reducir consumo energético de los sensores. NB-IOT (Narrowband – Internet of Things), LoRaWAN y Sigfox, son algunas de las apuestas de los principales operadores y fabricantes en tecnología LPWA, que luchan por no quedarse atrás en el mercado del IoT, estableciendo alianzas para promover una u otra alternativa.

Optimizadas para redes con millones de dispositivos, y despliegues sencillos, las distancias alcanzables por estas redes van desde los 2km en entornos muy congestionados, hasta las decenas de km en entornos rurales.

Mientras que NB-IoT es una solución licenciada coexistente con tecnologías heredadas GSM, GPRS y LTE, y que aprovecha las infraestructuras de los operadores actuales, las tecnologías LoRaWAN y Sigfox son tecnologías no licenciadas que requieren de una infraestructura de comunicaciones propia. Tanto LoRaWAN como Sigfox proponen redes de baja tasa de transferencia de datos y escasos requisitos en cuanto a la latencia en la transmisión de datos; sin embargo, la principal diferencia entre ambos radica en que LoRaWAN es una tecnología abierta a la que cualquier empresa podrá adherirse para desplegar su propia red. Sigfox, por el contrario, es en sí una empresa que posee la patente de su sistema de conectividad.

Es precisamente este carácter abierto y autónomo de LoRaWAN lo que la convierte en una tecnología por la que están apostando infinidad de empresas que pretenden construir su propia infraestructura IoT.

¿Cómo funciona LoRaWAN?

LoRaWAN define el protocolo y la arquitectura estandarizados por LoRa Alliance para permitir comunicación entre dispositivos a bajo coste, baja potencia y bajo consumo, trabajando en la banda de frecuencia ISM de los 868Mhz en Europa (915Mhz en otras regiones como USA y Canadá).

Su arquitectura típica se basa en una red mallada, cuyos dispositivos finales (por ejemplo, sensores), se comunican bidireccionalmente con una o varias puertas de enlaces o gateways de forma simultánea, con modulación LoRa. A su vez, estos gateways se conectan a un servidor central mediante comunicaciones IP estándar. Será este servidor el encargado de gestionar la red de dispositivos LoRaWAN de forma centralizada. Al ser los gateways únicamente enlaces entre los sensores y el servidor, es posible ampliar fácilmente la cobertura de la red añadiendo más gateways al despliegue.

La comunicación entre los dispositivos finales y los gateways se realiza en diferentes canales y a distinta tasa, que oscila entre 0,3Kbps y 50Kbps, y es gestionada por el servidor central. Es gracias a la tecnología de espectro ensanchado o SS usado por la modulación LoRa, que distintos dispositivos podrán emitir en la misma frecuencia con distinta tasa sin que se produzcan interferencias entre ellos.

El flujo de datos es bidireccional en todos los casos, sin embargo, encontramos distintos tipos de dispositivos finales (Clase A, B o C) según sea la ventana de transmisión de datos al servidor central, lo cual afectará directamente a la longevidad de la batería (desde 2 a 10 años de vida).

La seguridad de la red

Como para cualquier comunicación, es extremadamente importante incorporar seguridad a la red, ya que puede contener información sensible de ser protegida. Es por ello que LoRaWAN incorpora dos capas de seguridad, que permiten proteger tanto a nivel de red como de aplicación, haciendo uso del algoritmo de cifrado AES-128, garantizando la seguridad extremo a extremo.

 

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Imagen extraída de https://www.lora-alliance.org

Si bien es cierto que el alcance dependerá de los obstáculos en una determinada localización, la ventaja de LoRa es que se presenta como una tecnología de largo alcance, que permite cubrir grandes áreas, incluso ciudades enteras, de forma sencilla, segura y con un mínimo de infraestructura.

En Wellness Telecom somos especialistas en redes de comunicaciones y estamos apoyando a nuestros clientes (ciudades, empresas agro, minas…) a construir los entornos LoRa en los que conectar de forma óptima los sensores y actuadores necesarios para su negocio de una forma fiable y segura.

En próximas entradas en el blog, hablaremos de nuestros sensores para Smart Cities y como se están adaptando a estas nuevas redes de LPWA.

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Carolina Visedo Carreño (Ingeniero Consultor, Dpto. de Ingeniería Preventa)