LoRa, una tecnología LPWAN ideal para el Internet de las Cosas

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 aporta mayores beneficios para proyectos de Internet de las Cosas (IoT – Internet of Things) con dispositivos alimentados por baterías. De hecho, es la tecnología más completa para proyectos IoT.

En este artículo explicamos de forma sencilla qué es la red LoRa, una tecnología inalámbrica de bajo consumo para el IOT.

¿Qué es LoRa?

LoRa (Long Range) es una tecnología de comunicación inalámbrica de largo alcance diseñada para aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT). Al igual que Sigfox, LoRa está optimizada para dispositivos que necesitan enviar pequeñas cantidades de datos a distancias relativamente largas, con un consumo de energía reducido. A las redes de bajo consumo y de área extensa como LoRa se les denomina LPWAN (Low Power Wide Area Network). LoRa es la tecnología más completa para proyectos IoT, ya que permite la creación de redes IoT eficaces con un bajo coste y un alcance muy amplio.

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.

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.

Logo LoRa Alliance, extraído de su web https://lora-alliance.org/

¿Cuál es la relación entre LoRa y LoRaWAN?

Seguramente hayas oído hablar de LoRa y LoRaWAN. Ambas están relacionadas, pero conviene conocer cuál es la diferencia entre ellas. LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) es un protocolo de red de área amplia y baja potencia (LPWAN) basado en la tecnología LoRa. Mientras que LoRa se refiere específicamente a la tecnología de modulación de radio utilizada para la comunicación inalámbrica de largo alcance, LoRaWAN se refiere al protocolo de comunicación y la arquitectura de red que permite la conectividad de dispositivos LoRa a través de una infraestructura de red gestionada.

En otras palabras, LoRa es la señal de radio que transporta los datos y LoRaWAN es el protocolo de comunicación que dicta cómo se comunican esos datos a través de la red.

Ventajas de la red LoRa

LoRa ofrece una serie de ventajas importantes para aplicaciones de IoT, entre ellas:

· Alta tolerancia a las interferencias.
· Bajo coste. Las infraestructuras necesarias tienen un coste extremadamente bajo en comparación con otras redes. El coste de las radios para dispositivos finales también es bajo.
· Alta sensibilidad para recibir datos (-168dB).
· Conexión punto a punto. Se trata de un tipo de conexión de red en la que dos dispositivos están directamente conectados entre sí, lo que permite una comunicación directa y exclusiva entre ellos.
· Bajo consumo de energía. Los dispositivos LoRa están diseñados para operar con un bajo consumo de energía, lo que alarga la vida útil de la batería (hasta 10 años). Esta características no sólo reduce las necesidades energética, sino que también reduce la intervención humana.
· Largo alcance y cobertura. La tecnología LoRa está diseñada para funcionar en ciudades y atravesar todo tipo de obstáculos. Además, puede alcanzar hasta los 20 km en zonas abiertas.
· Alta capacidad. Un único gateway permite conectar miles de dispositivos, una cifra que aumenta con cada nueva puerta de enlace LoRa que se añada.
· Frecuencias de trabajo. LoRa opera en bandas de frecuencia sin licencia (por ejemplo, 433 MHz en Asia, 868 MHz en Europa, 915 MHz en América). Éstas suelen estar menos saturadas y ofrecen una mejor propagación de largo alcance.

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.

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 ideales para la comunicación de largo alcance y bajo consumo de energía, la tecnología LoRa es ideal para sectores y ámbitos donde se necesiten conectar dispositivos a larga distancia de forma eficiente. Destacamos ámbitos tales como:

· Agricultura y riego inteligente. LoRa tiene un gran rendimiento en espacios abiertos.
· Gestión de edificios y hogares inteligentes.
· Medición y registro del consumo de energía. No se requiere instalar cables de comunicaciones y permite obtener los valores de los contadores de energía en grandes superficies e instalaciones.
· Supervisión de paneles fotovoltaicos.
· Utilidades. Medición de agua y gas, detección de fugas, redes inteligentes, etc.
· Soluciones para ciudades inteligentes. Mediciones, monitorización ambiental, estacionamiento inteligente, alumbrado público, gestión de residuos, etc.
· Logística y transporte. Seguimiento de activos, monitorización de la cadena de frío, gestión de flotas, etc.
· Cuidado de la salud. Sensores de dispositivos médicos y wearables, seguimiento del paciente, etc.
· Sistemas de seguridad.
· Monitorización de infraestructuras (vías de tren, puentes, túneles, etc.).
· IOT Industrial. Monitorización de equipos, mantenimiento predictivo, automatización, etc.

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. Las bandas ISM suelen estar menos saturadas y ofrecen una mejor propagación de largo alcance.

¿Cómo utilizar LoRa?

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

· Crear una red propia. Esto implica la adquisición de chips LoRa y el desarrollo de gateways y nodos propios. Aunque esta opción ofrece la ventaja de adaptar la red según las necesidades específicas, también requiere asumir la responsabilidad del mantenimiento.

· Utilizar un operador de red. Actualmente, varios operadores comienzan a ofrecer redes LoRaWAN en ciertas áreas. Esto permite contratar planes de conectividad con estas compañías y evitar así mantener la red por cuenta propia. No obstante, la desventaja de esta opción estriba en el hecho de que el operador puede decidir dejar de ofrecer este servicio en el futuro.

Ya existen numerosos operadores de telecomunicaciones a nivel global que están adoptando la tecnología LoRaWAN para ofrecer servicios de conectividad junto a sus servicios de telefonía.

Cobertura de la red LoRa

LoRa fue creada para ofrecer cobertura a nivel mundial. Para conectarte a una red LoRa, existen tres formas principales:

· Comunidades abiertas. Normalmente creadas por comunidades de desarrolladores.
· Redes privadas. Creadas para dar servicios a redes propias en aplicaciones para ciudades inteligentes (smart cities), agricultura, logística, etc.
· Redes ofrecidas por operadoras. En éstas se paga por el uso de la red.

Comparativa LoRa y Sigfox

En nuestro artículo «Sigfox» ya contamos todo sobre Sigfox, una de las redes IoT más grandes del mundo. Sigfox es también una tecnología inalámbrica para IoT. Aunque ambas tecnologías se posicionan de manera similar en el mercado IoT, tienen importantes diferencias entre sí.

Sigfox, al igual que LoRa, es 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 obstáculos y tienen un bajo consumo de energía. Estas propiedades les permiten cubrir amplias áreas y alcanzar dispositivos incluso en ubicaciones subterráneas o remotas.

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 del Internet de las Cosas.

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, aunque la integración de un módulo de radio LoRa puede ser más compleja que la de Sigfox, ésta ofrece una mayor flexibilidad y configurabilidad.

Tamaño de los mensajes

Los mensajes en Sigfox están limitados por diseño a 12 bytes. En LoRa, el tamaño del mensaje es definido por el usuario, si bien tiene que cumplir con ciertas regularizaciones.

Seguridad

Ambas tecnologías ofrecen funciones de seguridad. Sin embargo, sólo Sigfox tiene la capacidad de identificar y autenticar dispositivos.

Rango de aplicación

La comunicación de Sigfox depende de la estación base, por lo que ésta es complicada en áreas que no están cubiertas por señales móviles, como zonas subterráneas o montañosas. Sin embargo, la comunicación de LoRa no depende de la estación base, por lo que no tiene tales restricciones geográficas.

Coste de aplicación

LoRa puede considerarse como una red privada, de manera que puede ser desplegada y gestionada por el usuario. De esta manera, el usuario tiene una mayor flexibilidad y control sobre los costos. Por el contrario, Sigfox generalmente implica una suscripción a un proveedor de servicios para acceder a la red.

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