LoRa: Una tecnología LPWAN para IoT

En este artículo intentaremos explicar de forma sencilla qué es la tecnología y red LoRa.

En los últimos años se está oyendo hablar mucho de las redes LPWAN (Low-Power Wide Area Network) o redes de bajo consumo y área extensa. LoRa es una de las tecnologías LPWAN que supone grandes ventajas para proyectos de Internet de las Cosas o IoT (Internet of Things), con dispositivos alimentados por baterías.

Pero, ¿qué es LoRa?

LoRa, al igual que WiFi, Bluetooth, LTE, SigFox o Zigbee, se inscribe en la categoría de tecnologías inalámbricas. A diferencia de otras tecnologías, LoRa utiliza un tipo particular de modulación en radiofrecuencia llamada Chirp Spread Spectrum (CSS), patentada por Semtech, una destacada empresa especializada en la fabricación de chips de radio.

Esta tecnología de modulación CSS tiene una larga historia de uso en comunicaciones militares y espaciales que abarca varias décadas. Una de sus principales ventajas radica en su capacidad para establecer comunicaciones a distancias considerables, a menudo en el rango de varios kilómetros, al mismo tiempo que demuestra una notable robustez ante las interferencias.

Fig. Espectro de la modulación LoRa

Aunque la tecnología LoRa fue inicialmente desarrollada por Semtech, en la actualidad su gestión recae en la "LoRa Alliance", una organización encargada de supervisar y promover su desarrollo. En este sentido, cualquier fabricante de hardware interesado en trabajar con esta tecnología debe obtener la certificación otorgada por la alianza.

Ventajas de LoRa

Entre las principales ventajas de LoRa se encuentran las siguientes:

• Alta tolerancia a las interferencias.
• Alta sensibilidad para recibir datos (-168dB).
• Basado en modulación “chirp“.
• Bajo Consumo (hasta 10 años con una batería*).
• Largo alcance 10 a 20km.
• Baja transferencia de datos (hasta 255 bytes).
• Conexión punto a punto.
• Frecuencias de trabajo:  868 Mhz en Europa, 915 Mhz en América, y 433 Mhz en Asia.

Todo esto hace que ésta sea una tecnología ideal para conexiones a grandes distancias y para redes de IoT en las que se necesiten sensores que no dispongan de corriente eléctrica de red. Por ello, tiene grandes posibilidades de aplicación para Smart Cities o ciudades inteligentes, lugares con poca cobertura celular, como por ejemplo aplicaciones agrícolas o ganaderas en el campo, o para construir redes privadas de sensores y/o actuadores.

Banda ISM

Lora utiliza el espectro sin licencia como parte de la banda de radio ISM (Industrial, Científica y Médica).

En Europa se utiliza un plan de frecuencias sin licencia en torno a los 868 MHz, mientras que en los Estados Unidos la frecuencia es de 915 MHz y en Asia se encuentra en 433 MHz.

La utilización de una banda de espectro radioeléctrico sin necesidad de licencia simplifica la posibilidad para cualquier individuo o entidad de configurar su propia red y utilizarla.

Para emplear la tecnología LoRa con el propósito de comunicar dispositivos de IoT, existen dos alternativas:

1. Crear una red propia. Esto implica la adquisición de chips LoRa y el desarrollo de gateways y nodos personalizados. Aunque esta opción ofrece la ventaja de adaptar la red según las necesidades específicas, también requiere asumir la responsabilidad del mantenimiento.
   
2. Utilizar un operador de red. Actualmente, varios operadores comienzan a ofrecer redes LoRaWAN en ciertas áreas, como el caso de Orange. Esto permite contratar planes de conectividad con estas compañías y evitar la carga del mantenimiento de la red. No obstante, esta opción presenta la desventaja de que el operador puede decidir dejar de ofrecer este servicio en el futuro.

Numerosos operadores de telecomunicaciones a nivel mundial están adoptando la tecnología LoRaWAN y ofrecen servicios de conectividad junto con sus servicios de telefonía. Sin embargo, en España, esto no es común.

Cabe señalar que ninguna tecnología única puede abordar todas las necesidades, y en muchos casos es necesario hacer concesiones.
LoRa satisface la demanda de dispositivos con batería de bajo costo que requieren enviar datos a larga distancia, aunque no es adecuado para transmitir datos con un alto ancho de banda.

Aplicaciones de LoRa

Gracias a su largo alcance y bajo consumo, LoRa permite gran cantidad de aplicaciones. Como es una tecnología muy económica y fácil de implementar, tanto la comunidad maker como los profesionales, la están adoptando en muchos proyectos. 

Gracias a sus exclusivas propiedades, LoRa es ideal para sectores y ámbitos tales como:

• Seguimiento de activos.
• Automatización de hogares y edificios (hogares y edificios inteligentes).
• Ciudades inteligentes (smart cities).
• Agricultura inteligente.
• Detección de fugas de agua.
• Logística y transporte.
• Monitorización ambiental.
• Servicios de seguridad pública.
• Gestión de recursos hídricos.
• Control industrial inteligente.
• Cuidado de la salud inteligente.
  

Comparativa SigFox vs LoRa

En nuestro artículo "Sigfox" mencionamos Sigfox. Sigfox es también una tecnología inalámbrica para IoT. Aunque ambas tecnologías se posicionan de manera similar en el mercado de IoT, tienen importantes diferencias entre sí.

Sigfox, al igual que LoRa, representa una tecnología LPWAN (Red de Área Amplia de Baja Potencia). Ambas tecnologías se caracterizan por el uso de señales de gran alcance que pueden atravesar objetos sólidos y tienen un bajo consumo de energía.

Estas propiedades les permiten cubrir amplias áreas y alcanzar dispositivos incluso en ubicaciones subterráneas.

Sigfox admite hasta 140 mensajes de un máximo de 12 bytes cada uno en el enlace ascendente por día, así como hasta 4 mensajes de enlace descendente de 8 bytes cada día.

Para comenzar a utilizar SigFox, además de adquirir un módulo de radio compatible, es necesario suscribirse a un plan de servicio para cada dispositivo, con un costo que parte desde 1 dólar al año.

A diferencia de SigFox, la LoRa Alliance no tiene la ambición de convertirse en un proveedor global de servicios IoT. Su objetivo principal es proporcionar una tecnología que permita a otras empresas habilitar una conectividad IoT global. En lugar de establecerse como un proveedor de red, se centra en desarrollar estándares y vender chips. Esto significa que no existe un único monopolio en la red LoRa, a diferencia de la situación de SigFox.

En Europa, ambas tecnologías utilizan la misma banda de frecuencias y logran alcances similares, aunque difieren en otros aspectos y en sus enfoques para el mercado de IoT.

Comunicación

A diferencia de SigFox, los módulos estándar de LoRa permiten operar de manera bidireccional. Esto significa que el mismo módulo de radio puede funcionar como receptor o como transmisor en cualquier momento, lo que lo hace más adecuado para situaciones en las que sea necesario interactuar con un sistema específico. 

Integración de datos

SigFox ofrece una API muy sencilla para la integración de datos, mientras que LoRa proporciona una API de bajo nivel altamente configurable que permite diversas optimizaciones. Por lo tanto, la integración de un módulo de radio LoRa puede ser más compleja que la de SigFox, pero ofrece una mayor flexibilidad y configurabilidad. 

Tamaño de los mensajes

Los mensajes en SigFox están limitados por diseño a 12 bytes. En LoRa, para cumplir con las regulaciones, los mensajes no deben durar más de 5 segundos en el aire. 

Seguridad

Ambas tecnologías ofrecen funciones de seguridad. Sin embargo, sólo SigFox tiene la capacidad de identificar y autenticar dispositivos. Es importante destacar que ninguna de las dos tecnologías proporciona comunicaciones encriptadas.