1. ¿Qué es LoRa?
LPWAN (red de área amplia de baja potencia, low-power wide area network) está diseñada para aplicaciones de IoT que requieren un ancho de banda reducido, un bajo consumo energético, largas distancias y un gran número de conexiones. LoRa ya cuenta con una cadena ecológica más madura y un ritmo de comercialización más rápido, y se espera que mantenga una tasa de crecimiento exponencial en los próximos años.
Las tecnologías inalámbricas en las aplicaciones del IoT se dividen principalmente en dos tipos. Por un lado, están las tecnologías inalámbricas de corto alcance, como Bluetooth, WiFi o ZigBee. Por otro lado, están las tecnologías que conforman la red de área amplia, como 2G/3G/4G. Las ventajas y desventajas de cada tecnología son muy evidentes. Antes de la aparición de la tecnología LPWAN, normalmente solo se podía elegir entre larga distancia y bajo consumo energético. Tras la llegada de la tecnología LPWAN, se puede decir que se ha logrado equilibrar el dilema de «tenerlo todo». Además de permitir una comunicación a mayor distancia y un consumo energético ultrabajo, también permite ahorrar los costes adicionales de los repetidores.
LoRa es una tecnología muy representativa de la tecnología de comunicación LPWAN. Se trata de una solución de transmisión inalámbrica de ultra larga distancia basada en la tecnología de espectro ensanchado adoptada y promovida por la empresa estadounidense Semtech. Esta solución de transmisión cambia las anteriores consideraciones de compromiso entre distancia de transmisión y consumo de energía. método, proporcionando un sistema sencillo que puede lograr larga distancia, larga duración de la batería y 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.
2. ¿Cuáles son las ventajas y características de LoRa?
1. Mejor sensibilidad de recepción y menor consumo de energía.
El presupuesto de enlace de hasta 157db permite que la distancia de comunicación sea de hasta 15 kilómetros (dependiendo del entorno). Su corriente de recepción es de sólo 10 mA y su corriente de reposo es de 200 nA, lo que retrasa enormemente la duración de la batería.
2. La pasarela/concentrador basada en esta tecnología admite el procesamiento paralelo de múltiples canales y múltiples velocidades de datos, y la capacidad del sistema es grande.
La pasarela es el puente entre el nodo y la red IP (a través de 2G/3G/4G o Ethernet). Cada pasarela puede gestionar 5 millones de comunicaciones entre nodos al día (suponiendo que se envían 10 Bytes cada vez y la ocupación de la red es de 10%). Si la pasarela se instala en la ubicación de una estación base de comunicaciones móviles existente con una potencia de transmisión de 20dBm (100mW), puede cubrir unos 2 kilómetros en un entorno urbano densamente construido, y en suburbios de menor densidad, la cobertura puede alcanzar los 10 kilómetros.
3. Los sistemas basados en terminales y concentradores/gateways pueden soportar el alcance y el posicionamiento.
La medición de distancia de LoRa se basa en el tiempo de transmisión aérea de la señal en lugar del tradicional RSSI (Received Signal Sterngth Ind-ication), mientras que el posicionamiento se basa en la medición de la diferencia de tiempo de transmisión aérea entre varios puntos (pasarelas) y un punto (nodo). Su precisión de posicionamiento puede alcanzar los 5 m (suponiendo un alcance de 10 km).
3. ¿Cuál es la arquitectura de red de LoRa?
La red LoRa se compone principalmente de terminales (que pueden incorporar módulos LoRa integrados), pasarelas (o estaciones base), servidores de red y servidores de aplicaciones. Su arquitectura de red es una topología en estrella típica. En esta arquitectura de red, la pasarela LoRa actúa como un relé de transmisión transparente que conecta el dispositivo terminal con el servidor central de back-end. Los dispositivos finales se comunican con una o varias pasarelas mediante un único salto. Existe una comunicación bidireccional entre todos los nodos y la pasarela.
Los nodos terminales de LoRa pueden ser diversos dispositivos, como contadores de agua y gas, detectores de humo, rastreadores de mascotas, etc. Estos nodos se conectan primero a la pasarela LoRa a través de la comunicación inalámbrica LoRa y, a continuación, se conectan al servidor de red a través de la red 3G o la red Ethernet. La pasarela y el servidor de red se comunican a través del protocolo TCP/IP.
Equipos terminales LoRa
Los nodos terminales de LoRa pueden ser diversos dispositivos, como contadores de agua y gas, detectores de humo, rastreadores de mascotas, etc. Estos nodos se conectan primero a la pasarela LoRa a través de la comunicación inalámbrica LoRa y, a continuación, se conectan al servidor de red a través de la red 3G o la red Ethernet. La pasarela y el servidor de red se comunican a través del protocolo TCP/IP.
La red LoRa divide los dispositivos terminales en tres categorías: A/B/C:
Clase A: Equipo terminal de comunicación bidireccional. Este tipo de dispositivo terminal permite la comunicación bidireccional, y cada transmisión ascendente de un dispositivo terminal va acompañada de dos ventanas de recepción descendentes. El intervalo de tiempo de transmisión del dispositivo terminal se basa en sus propias necesidades de comunicación, y su ajuste se realiza según el protocolo ALOHA.
Los equipos de clase A son los que consumen menos energía, y la comunicación de enlace descendente de la estación base sólo puede producirse después de la comunicación de enlace ascendente del terminal.
Clase B: Equipo terminal de comunicación bidireccional con intervalos de recepción preestablecidos. Este tipo de equipo terminal abrirá ventanas de recepción redundantes durante el tiempo preestablecido. Para ello, el equipo terminal recibirá una señal de baliza de la pasarela de forma sincrónica y sincronizará la hora de la estación base y del módulo a través de dicha señal.
Los terminales de clase B pueden hacer saber a la estación base que el terminal está recibiendo datos
Clase C: Equipos terminales de comunicación bidireccional con ventana de recepción máxima. Los dispositivos terminales de este tipo mantienen abierta la ventana de recepción y solo la cierran durante la transmisión.
Los dispositivos de clase C tienen la ventana de recepción más larga y consumen más energía
4. Escenarios de aplicación de LoRa
Las redes basadas en LoRaWAN pueden proporcionar una comunicación bidireccional segura a larga distancia y cubrir zonas urbanas con una infraestructura de red mínima. LoRa se utilizará ampliamente en diversos escenarios de aplicación, como la agricultura inteligente, los edificios inteligentes y la logística inteligente.
1. Agricultura inteligente
Para la agricultura se necesitan urgentemente sensores de bajo consumo y bajo coste. La aplicación de sensores como los de temperatura y humedad, dióxido de carbono y salinidad es de gran importancia para la agricultura a la hora de aumentar la producción y reducir el consumo de agua. Sin embargo, estos indicadores de datos no cambiarán significativamente en un corto periodo de tiempo, y el volumen de datos es pequeño y requiere un rendimiento en tiempo real. No es elevado, por lo que LoRa es sin duda la mejor opción.
2. Edificios inteligentes
Para la renovación de edificios, se añaden sensores como los de temperatura y humedad, seguridad, gases nocivos y monitorización del flujo de agua, y la información de monitorización se carga regularmente, lo que facilita la supervisión de los gestores y la hace más cómoda para los usuarios. En general, la comunicación de estos sensores no necesita ser especialmente frecuente ni garantizar una calidad de servicio especialmente buena. Al mismo tiempo, una pasarela doméstica portátil puede satisfacer las necesidades, por lo que LoRa es una opción más adecuada en este escenario.
3. Fabricación automatizada
En el entorno de la producción industrial automatizada, se aplica un gran número de tecnologías inteligentes y en la red se intercambian diversos datos de información. Por tanto, las características de la red seleccionada están directamente relacionadas con la calidad de ejecución del plan de producción. Algunos escenarios requieren sensores de bajo coste con bajo consumo de energía y baterías de larga duración para rastrear los equipos y supervisar su estado. En este caso, LoRa es una opción razonable.
4. Logística inteligente
En sector logístico Abarca una zona geográfica muy amplia, por lo que, a la hora de elegir una red, los primeros aspectos a tener en cuenta son una inversión reducida y una larga vida útil. Para poder realizar el seguimiento de los palés y determinar la ubicación y el estado de las mercancías, las empresas de transporte necesitan que todas las instalaciones implicadas en el proceso logístico completo estén cubiertas por la red.
Esto no solo exige que los nodos de red sean lo suficientemente económicos como para facilitar un despliegue a gran escala, sino que también cuenten con la movilidad necesaria para poder instalarse en vehículos de transporte a modo de pasarela móvil. De este modo, la tecnología NB-IoT, que depende de la red de estaciones base 4G, obviamente no puede cumplir este requisito. El bajo coste, la gran autonomía de la batería, la alta movilidad y la estabilidad de la comunicación durante los desplazamientos a alta velocidad de LoRa la convierten en una tecnología única en el ámbito de la logística inteligente. Marca el camino.
En la nueva ola de desarrollo del Internet de las cosas, en el ámbito de las redes de área extensa de baja potencia, en el contexto del despliegue y la aplicación a gran escala en los mercados desarrollados, los participantes nacionales también están utilizando la sabiduría abierta para promover el despliegue y la implantación a gran escala de las redes LoRa en el país. Aplicación, creo que con el aumento de las aplicaciones de la industria, esta red LoRa a nivel de operador nacional formada sobre la base del concepto de economía colaborativa también se convertirá en el área central de la disposición global de LoRa.
En la actualidad, las dos redes de IoT más importantes del mundo, NB-IoT y LoRa, se están desarrollando rápidamente en China. Según los departamentos competentes, se han lanzado más de mil productos de aplicación de IoT en diversas provincias de China. Se ha informado de que 70% de empresas buscan activamente productos de IoT maduros, fiables y de rápida implementación. La mayoría de las empresas adquieren soluciones de IoT basadas en LoRa a IOTRouter Technology Co., Ltd. Esta empresa desarrolla productos de IoT basados en LoRa por encargo de terceros con el fin de impulsar rápidamente el negocio del IoT y convertirse en líder en este ámbito en ciudades de todo el país. La situación de “mirar a China para el desarrollo del Internet de las cosas a nivel mundial” está tomando forma poco a poco.
Resuma
Las redes de área amplia de baja potencia (LPWAN) son un componente indispensable del Internet de las cosas. Presentan características de flexibilidad y escalabilidad, y pueden ser de gran o pequeña envergadura. Esto resulta imprescindible en la fase de crecimiento y exploración del sector del Internet de las cosas. Se considera que es la tecnología más adecuada para el Internet de las cosas. LoRa es segura y fiable, y cuenta con características como la autenticación bidireccional, el cifrado de extremo a extremo y la protección de la integridad. Su diseño de seguridad es exhaustivo y con visión de futuro. Sin embargo, la seguridad del IoT no puede pasarse por alto y requiere el esfuerzo conjunto del sector para seguir promoviéndola.
