LoRa es una de las tecnologías de comunicación LPWAN. Se trata de una solución de transmisión inalámbrica a larga distancia basada en la tecnología de espectro ensanchado adoptada y promovida por la empresa estadounidense Semtech. Esta solución cambia el anterior equilibrio entre distancia de transmisión y consumo de energía, proporcionando a los usuarios un sistema sencillo que puede lograr una larga distancia, una larga duración de la batería y una gran capacidad, ampliando así la red de sensores. En la actualidad, LoRa opera principalmente en bandas de frecuencia libres de todo el mundo, como 433, 868, 915MHz, etc.
A continuación encontrará una lista de preguntas y respuestas sobre LoRa que le ayudarán a comprender mejor los conocimientos que hay detrás de LoRa:
1. ¿Qué es la modulación LoRa?
LoRa (Long Range) es una tecnología de modulación que proporciona distancias de comunicación más largas que otras tecnologías similares. La modulación se basa en la tecnología de espectro ensanchado, una variante de la modulación lineal de espectro ensanchado (CSS), con corrección de errores hacia delante (FEC).
LoRa mejora notablemente la sensibilidad de recepción y, al igual que otras tecnologías de espectro ensanchado, utiliza todo el ancho de banda del canal para emitir una señal, lo que la hace más robusta al ruido del canal e insensible a las desviaciones de frecuencia debido al uso de osciladores de cristal de bajo coste.
LoRa puede modular la señal a 19,5 dB por debajo del ruido de fondo, mientras que la mayoría de los sistemas de modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) requieren una potencia de señal de 8-10 dB por encima del ruido de fondo para modular correctamente. La modulación LoRa es la capa física (PHY) y puede ser utilizada por diferentes protocolos y diferentes arquitecturas de red - Mesh, Star, Point-to-Point, etc.
2. ¿Cuál es la diferencia entre la tecnología LoRa, SIGFOX y NWave?
En general, la tecnología LoRa utiliza una tecnología de espectro ensanchado; SIGFOX utiliza una tecnología de modulación BPSK de banda estrecha; NWave utiliza el estándar Weightless, que es similar a la tecnología utilizada por SIGFOX.
Las empresas que utilizan actualmente la tecnología de banda ultraestrecha tienen muchos chips transceptores entre los que elegir, mientras que LoRa sólo puede utilizar chips proporcionados por Semtech.
3. ¿Cómo gestiona LoRa las interferencias?
El módem LoRa puede suprimir las interferencias GMSK cocanal hasta 19,5 dB, o lo que es lo mismo, puede aceptar señales 19,5 dB más bajas que la señal interferente o el ruido de fondo. Al tener una capacidad antiinterferente tan fuerte, el sistema de modulación LoRaTM no sólo puede utilizarse en bandas de frecuencia con un elevado uso del espectro, sino también en redes de comunicación híbridas para ampliar la cobertura cuando falla el esquema de modulación original de la red.
4. ¿Cuál es la velocidad de datos de LoRa?
LoRaWAN define un conjunto específico de velocidades de datos, pero el chip final o PHY puede tener diversas opciones.
5. ¿Qué es la pasarela LoRa?
La pasarela LoRa está diseñada para arquitectura en estrella de larga distancia y se utiliza en sistemas LoRaWAN. Son transceptores multicanal y multimodulación, y pueden demodular varios canales simultáneamente. Debido a las características de LoRa, pueden incluso demodular múltiples señales simultáneamente en el mismo canal. La pasarela utiliza dispositivos de RF distintos de los de los nodos finales, tiene mayor capacidad y actúa como puente transparente para retransmitir mensajes entre el dispositivo final y el servidor central de la red.
La pasarela se conecta al servidor de red a través de una conexión IP estándar, y el dispositivo final utiliza la comunicación inalámbrica de salto único a una o más pasarelas. La comunicación entre todos los nodos terminales suele ser bidireccional, pero también admite operaciones como funciones de multidifusión, actualizaciones de software, transmisión inalámbrica u otras publicaciones masivas de mensajes, lo que reduce el tiempo de comunicación inalámbrica. Existen distintas versiones de pasarela en función de la capacidad necesaria y del lugar de instalación (casa o torre).
6. ¿Qué es un concentrador LoRa?
Se utilizan los términos pasarela y concentrador, pero son componentes equivalentes en el sistema LoRa. En otros sectores, las definiciones de pasarela y concentrador significan componentes diferentes.
7. ¿Qué es LoRaWAN?
La modulación LoRa es PHY, LoRaWAN es el protocolo MAC, utilizado para redes en estrella de gran capacidad, larga distancia y baja potencia, y la LoRa Alliance está normalizando las redes de área extensa de baja potencia (LPWAN).
El protocolo LoRaWAN está optimizado para sensores de bajo consumo alimentados por batería e incluye distintos niveles de nodos finales para optimizar el equilibrio entre latencia de la red y duración de la batería. Es totalmente bidireccional y está construido por expertos en seguridad, lo que garantiza su fiabilidad y seguridad.
La arquitectura LoRaWAN también puede localizar fácilmente objetivos en movimiento para el seguimiento de activos, que es la aplicación de más rápido crecimiento del Internet de las Cosas. Los principales operadores de telecomunicaciones están desplegando LoRaWAN como red nacional, y la LoRa Alliance está normalizando LoRaWAN para garantizar que las distintas redes nacionales sean interoperables.
8. ¿Cuál es la velocidad de datos de LoRaWAN?
Para LoRa, la velocidad de datos LoRaWAN oscila entre 0,3kbps y 11kbps, y la velocidad de datos GFSK en Europa es de 50kbps. En Norteamérica, la velocidad de datos mínima es de 0,9 kbps debido a las restricciones de la FCC. Para maximizar la duración de la batería del dispositivo final y la capacidad global de la red, el servidor de red LoRaWAN gestiona individualmente la velocidad de datos y la salida de RF de cada dispositivo final mediante el algoritmo de velocidad de datos adaptativa (ADR).
La ADR es crucial para las redes de alto rendimiento y es escalable. En términos de infraestructura, se despliega una red con una inversión mínima. Cuando es necesario aumentar la capacidad, se despliegan más pasarelas. La ADR aumentará la velocidad de transmisión de datos y ampliará la capacidad de la red entre 6 y 8 veces.
9. ¿Cuál es la capacidad de la pasarela LoRa? 10. ¿Cuántos nodos se pueden conectar a una pasarela?
En primer lugar, la capacidad es el resultado del número de paquetes aceptados en un determinado periodo de tiempo. Una pasarela tiene 8 canales y puede recibir casi 1,5 millones de paquetes de datos al día utilizando el protocolo LoRaWAN. Por tanto, si su aplicación envía un paquete por hora, una sola pasarela puede gestionar aproximadamente 62.500 dispositivos finales.
10. ¿Qué es un nodo o punto final LoRa?
Los nodos finales LoRa son partes de la red LoRa que realizan tareas de detección o control. Estos nodos finales establecen comunicación con una pasarela LoRa (concentrador o estación base) utilizando el protocolo de red LoRaWAN.
11. ¿Qué es la velocidad de datos adaptativa (ADR)?
La ADR es un método que modifica la velocidad real de transmisión de datos para garantizar una entrega fiable de los paquetes, un rendimiento óptimo de la red y el escalado de la capacidad. Por ejemplo, los nodos más cercanos a la pasarela utilizan velocidades de datos más altas (tiempos de transmisión más cortos) y menor potencia de salida. Sólo los nodos situados en el límite del presupuesto de enlace utilizan la velocidad de datos más baja y la máxima potencia de salida.
El método ADR puede adaptarse a los cambios en la infraestructura de red y soportar pérdidas de trayecto cambiantes. Para maximizar la duración de la batería de los dispositivos finales y la capacidad global de la red, la infraestructura de red LoRa gestiona la velocidad de datos y la salida de RF de cada dispositivo final por separado mediante la implementación de ADR.
12. ¿Cuál es el proceso del modo de Detección de Actividad de Canal LoRa (CAD)?
CAD se utiliza para detectar la presencia de señales LoRa, en lugar de utilizar un método de intensidad de señal recibida (RSSI) para identificar si hay una señal presente. Puede distinguir el ruido de la señal LoRa deseada. El proceso CAD requiere ambos símbolos. Si es detectado por CAD, la interrupción CAD_Detected se activa y el dispositivo está en modo RX para aceptar la carga útil de datos.
13. ¿Cuál es la relación entre el ancho de banda de la señal (BW), la tasa de símbolos (Rs) y la tasa de datos (DR)?
Teóricamente, Rs=BW/(2^SF), DR= SF*(BW/2^SF)*CR, pero le recomendamos que utilice la Calculadora de Módem LoRa de Semtech para evaluar la velocidad de transmisión de datos y el tiempo de transmisión según diferentes selecciones de configuración.
14. 14. ¿Cómo elegir el ancho de banda (BW), el factor de dispersión (SF) y la tasa de codificación (CR) de la señal LoRa?
LoRaWAN utiliza principalmente la configuración de ancho de banda de señal de 125 kHz, pero otros protocolos especializados pueden utilizar otras configuraciones de ancho de banda de señal (BW).
El cambio de BW, SF y CR también modifica el presupuesto del enlace y el tiempo de transmisión, lo que requiere un compromiso entre la duración de la batería y la distancia. Utiliza la calculadora de módems LoRa para evaluar las compensaciones.
15. LoRa, ¿es una red mallada, una transmisión punto a punto o una red?
LoRa en sí es un PHY y puede utilizarse en todas las topologías de red. Las redes de malla amplían el alcance de la red, pero a costa de una menor capacidad de red, sobrecarga de sincronización y menor duración de la batería debido a la sincronización y al recuento de saltos. Las pasarelas y módulos LoRa se conectan en red en estrella, mientras que los módulos LoRa pueden conectarse teóricamente en red en sondeo punto a punto. Por supuesto, la eficiencia del sondeo punto a punto es mucho menor que la de una red en estrella.
A medida que aumentan el presupuesto de enlace y el rango de distancia de LoRa, no es necesario utilizar una arquitectura de red en malla para ampliar la distancia, por lo que LoRaWAN opta por una arquitectura en estrella para optimizar la capacidad de la red, la duración de la batería y la facilidad de instalación.