¿Qué es LoRaWAN y para qué se utiliza?

¿Qué es el protocolo LoRaWAN?

El término "LoRaWAN" hace referencia al protocolo Low Power Wide Area Network (LPWAN) y a la arquitectura de red del sistema. La capa física de LoRaWAN se basa en la modulación LoRa, que proporciona comunicación a larga distancia entre dispositivos inteligentes, gateways y usuarios finales. El alcance de LoRaWAN puede ser de hasta 15 km, lo que es mucho mayor que el de Wi-Fi; además, el protocolo LoRaWAN es más económico de implementar en comparación con las tecnologías celulares de IoT (en zonas remotas). Además, LoRaWAN cumple con los requisitos del Internet de las Cosas (IoT), como la comunicación bidireccional, la seguridad de extremo a extremo, la movilidad y la prestación de servicios basados en la localización.

¿Cómo funciona LoRaWAN?

LoRaWAN funciona enviando paquetes de datos en una frecuencia de radio común, lo que permite que los dispositivos se comuniquen entre sí. El intercambio de datos entre máquinas es posible gracias a una red de gateways que actúan como recolectores, permitiendo que los dispositivos LoRaWAN envíen y reciban datos en una frecuencia de radio determinada. Estos gateways están conectados a Internet, lo que garantiza que los datos se envíen desde los dispositivos al servidor LoRaWAN, al que posteriormente accede el usuario final. Por otro lado, la transmisión de paquetes de datos se lleva a cabo mediante modulación LoRa, que asegura la transmisión de información en una amplia gama de frecuencias y a largas distancias, utilizando un bajo consumo energético.

¿Qué es un gateway LoRaWAN?

Un gateway LoRaWAN es un dispositivo utilizado para proporcionar una señal LoRaWAN fija, similar a una red celular, que permite a los dispositivos LoRaWAN comunicarse con el servidor y la aplicación que utiliza su propietario. En pocas palabras, actúa como un puente entre el mundo físico y el mundo virtual. El gateway recibe datos de los dispositivos LoRaWAN y luego los envía al servidor de red, que los almacena y los distribuye a las aplicaciones según sea necesario. El gateway LoRaWAN también admite la comunicación en la otra dirección, desde aplicaciones basadas en la nube hacia dispositivos físicos.

LoRa, LoRaWAN y LPWAN

LoRaWAN y LPWAN son tecnologías de red de banda ancha de bajo consumo utilizadas para respaldar el Internet de las Cosas (IoT). Ofrecen muchas ventajas para las aplicaciones IoT, como gran alcance, bajo consumo energético y ahorro de costes. Aunque LoRaWAN y LPWAN comparten muchas características comunes, cada tecnología ofrece diferentes métricas de rendimiento en términos de latencia, rendimiento, distancia cubierta, etc.

LoRa

LoRa (Long Range Radio) es una avanzada tecnología de capa física de bajo consumo utilizada para el intercambio inalámbrico de datos a larga distancia. La tecnología se basa en técnicas de modulación de espectro ensanchado para reducir el consumo energético y aumentar el alcance de transmisión, permitiendo transmitir datos a largas distancias. LoRa es más adecuada para aplicaciones que requieren bajas velocidades de datos y gran alcance, es decir, seguimiento remoto de activos y comunicaciones máquina a máquina (M2M).

LoRaWAN

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) es un protocolo de red inalámbrica diseñado para proporcionar comunicaciones seguras, fiables y rentables para aplicaciones IoT. El protocolo se basa en la tecnología de capa física LoRa y utiliza una topología de red con estructura en "estrella", con gateways que conectan los dispositivos finales a un servidor central de red.

LPWAN

LPWAN (Low Power Wide Area Network) es un término general que hace referencia a tecnologías de red inalámbrica diseñadas para ser energéticamente eficientes y proporcionar transmisión de datos a larga distancia. La tecnología se centra en aplicaciones de baja velocidad de datos, como las redes de sensores. LPWAN no siempre tiene que utilizarse junto con LoRa. La solución puede basarse en una de estas tecnologías; LoRaWAN es un ejemplo, pero otras tecnologías incluyen Sigfox, NB-IoT, Weightless, etc.

Ventajas de LoRaWAN

Largo alcance y cobertura: su alcance, que puede llegar hasta 15 kilómetros, no tiene rival frente a otros protocolos de comunicación,

Alta capacidad: un único gateway LoRa puede conectar miles de dispositivos finales IoT,

Bajo coste total de propiedad: los dispositivos LoRaWAN son altamente eficientes desde el punto de vista energético; además, se están desarrollando diversas infraestructuras con licencias de código abierto, como los gateways, lo que reduce aún más los costes asociados a este tipo de redes,

Bajo consumo energético: la tecnología LoRa ofrece un consumo extremadamente bajo a través de comunicaciones por radio, lo que la hace ideal para dispositivos que necesitan funcionar durante una década o más con una única fuente de alimentación.

Limitaciones de LoRaWAN

A pesar de sus muchas ventajas, LoRaWAN tiene algunas limitaciones que deben tenerse en cuenta antes de su implementación.

En primer lugar, LoRaWAN no ofrece cobertura universal. A diferencia de las redes celulares, LoRaWAN suele implementarse en zonas donde ninguna red tiene cobertura. Afortunadamente, es posible ampliar la cobertura LoRaWAN al área de interés mediante el apoyo del operador, así como desplegar y operar su propia red empresarial.

En segundo lugar, las aplicaciones que requieren dispositivos móviles necesitan cobertura en las áreas por las que estos dispositivos se desplazarán. Esto puede requerir acuerdos de roaming con operadores de red cercanos. Es probable que los dispositivos se desplacen por un área mayor que la red que interesa al usuario, y la cooperación con redes vecinas puede ser muy útil en este caso.

En tercer lugar, LoRaWAN tiene una velocidad de datos limitada, inferior a 50 kbps. Esto la hace inadecuada para aplicaciones que requieren velocidades de datos más altas, como la transmisión de vídeo o audio.

Clases de LoRaWAN

En LoRaWAN existen 3 clases de dispositivos con diferentes capacidades y distintos perfiles de consumo energético: clase A, B y C.

Clase A es la más económica. Los dispositivos de esta clase funcionan con batería durante varios años; esto es posible porque el dispositivo solo está activo durante un corto periodo, en el momento de la transmisión de datos según una programación definida y durante un tiempo adicional inmediatamente después de esta transmisión para permitir que la red se comunique con otro dispositivo. El resto del tiempo, el dispositivo permanece en modo de suspensión y ahorro energético.

Clase B es una ampliación del modelo de comunicación de la Clase A, que permite a los dispositivos programar transmisiones de conexión durante intervalos de ping designados. Esto permite a las aplicaciones enviar mensajes de control durante ventanas específicas sin esperar un mensaje saliente del dispositivo. Los dispositivos de Clase B deben tener sincronización horaria con la red antes de poder recibir mensajes enviados por el gateway. Una vez que un dispositivo de Clase B está correctamente sincronizado, entra en modo de recepción de mensajes durante los intervalos de ping para garantizar que pueda recibir cualquier mensaje enviado desde la red. Como resultado, la Clase B ofrece una latencia mucho menor que la Clase A; es un modo con menor consumo de batería en comparación con alimentar continuamente el dispositivo como en la Clase C.

Clase C, por otro lado, es un modo diseñado para dispositivos finales que permite la comunicación con dispositivos desde el gateway casi en cualquier momento. Requiere más energía que sus equivalentes de Clase A o B, pero ofrece la menor latencia al enviar datos desde las aplicaciones a los dispositivos finales.

Casos de uso de LoRaWAN

LoRaWAN puede utilizarse con éxito en transporte, edificios inteligentes, agricultura, medicina, petróleo y gas y muchas otras áreas de la economía.

Logística y transporte

Con soluciones IoT basadas en LoRaWAN, las empresas de cadena de suministro y logística realizan con éxito el seguimiento de activos de alto valor, incluidos los que están en tránsito. Los vehículos, las mercancías y otros materiales de apoyo se rastrean de forma eficiente en regiones geográficas y entornos exigentes gracias al notable alcance de la tecnología, su bajo consumo energético y la localización sin GPS. Las soluciones IoT permiten monitorizar vehículos mediante conectividad LoRaWAN, para que puedan permanecer más tiempo en la carretera, reducir el consumo de combustible, aumentar la seguridad, ofrecer información sobre problemas de mantenimiento y mejorar la eficiencia operativa general.

Ciudades inteligentes

Las ciudades inteligentes requieren acceso en tiempo real a todas las áreas de la vida urbana. Para lograrlo, normalmente utilizan redes inalámbricas de área amplia, con el objetivo de habilitar la conectividad entre una amplia red de múltiples dispositivos IoT que generan datos a partir de sensores y contadores inteligentes. La tecnología inalámbrica LoRaWAN es la mejor solución IoT para aplicaciones de ciudad inteligente. Utilizando tecnología IoT con diversos dispositivos inteligentes para visualizar y analizar datos complejos en tiempo real, las ciudades pueden responder dinámicamente optimizando el uso y la asignación de recursos locales. Las ciudades pueden integrar IoT en su estructura con el objetivo de automatizar tareas, monitorizar y gestionar equipos y realizar mantenimiento preventivo para reducir los costes operativos. Las ciudades de todo el mundo pueden optimizar eficazmente la eficiencia de servicios y personal integrando servicios urbanos como:

Alumbrado público

Gestión del nivel del agua y de inundaciones

Transporte público inteligente

Control de la calidad del aire

Edificios inteligentes

Detección de movimiento

Medición inteligente del agua

Monitorización de incendios, inundaciones y niveles de CO/CO2.

Agricultura inteligente

El concepto de utilizar tecnología IoT basada en LoRaWAN aplicada a prácticas de agricultura inteligente está ganando cada vez más impulso, impulsado por la facilidad para visualizar, analizar y tomar decisiones más informadas sobre cultivos, ganado, equipos, infraestructuras, medio ambiente y todos los demás aspectos que deben ser monitorizados y gestionados continuamente para aumentar el rendimiento de los cultivos y mejorar la productividad agrícola. Los sensores IoT agrícolas, gracias a su pequeño tamaño, pueden determinar muchos parámetros que facilitan la comprensión de cuestiones medioambientales. Los sensores IoT pueden desplegarse para recopilar datos de exposición solar, que pueden utilizarse para tomar decisiones más precisas sobre la ubicación de los cultivos y ayudar a determinar si la integración solar es una opción viable para la explotación.

Sanidad inteligente

El bajo consumo energético, el bajo coste y el rendimiento constante hacen que las redes LoRaWAN sean ideales para aplicaciones clave en el sector de la salud inteligente. Las soluciones de Internet de las Cosas basadas en LoRaWAN pueden ayudar a monitorizar de forma continua a pacientes o sistemas de alto riesgo, garantizando que la salud y la seguridad médicas no se vean comprometidas. Un sistema IoT basado en LoRaWAN puede utilizarse para monitorizar de manera continua y fiable los signos vitales de pacientes hospitalarios, personas mayores, deportistas u otras personas que requieran una visión continua y en tiempo real de sus signos vitales.

Seguridad pública

Existe una creciente demanda de soluciones integrales de seguridad y protección. Los sistemas de seguridad pública habilitados por IoT proporcionan a los servicios de emergencia una tecnología avanzada que puede reducir la vulnerabilidad y mejorar la vida de las personas. Los dispositivos IoT de uso cotidiano, como las tarjetas de identificación, están equipados con tecnología LoRaWAN; al pulsar el botón de pánico integrado, envían una señal SOS instantánea con la información de ubicación del usuario a los servicios correspondientes.

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